EP4594999A1 - Bildverarbeitendes verfahren zur bestimmung einer prozessstörung und bildverarbeitungsvorrichtung - Google Patents

Bildverarbeitendes verfahren zur bestimmung einer prozessstörung und bildverarbeitungsvorrichtung

Info

Publication number
EP4594999A1
EP4594999A1 EP23798164.2A EP23798164A EP4594999A1 EP 4594999 A1 EP4594999 A1 EP 4594999A1 EP 23798164 A EP23798164 A EP 23798164A EP 4594999 A1 EP4594999 A1 EP 4594999A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
image
during
images
image processing
disturbance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23798164.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Adrian Jacob
Lisa KERSTING
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of EP4594999A1 publication Critical patent/EP4594999A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/0002—Inspection of images, e.g. flaw detection
    • G06T7/0004—Industrial image inspection
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/20—Analysis of motion
    • G06T7/254—Analysis of motion involving subtraction of images
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10016—Video; Image sequence
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/20—Special algorithmic details
    • G06T2207/20076—Probabilistic image processing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30108—Industrial image inspection
    • G06T2207/30164—Workpiece; Machine component

Definitions

  • the present invention relates to an image processing method for determining a process disturbance or an artifact, as well as a corresponding image processing device.
  • the method is an image processing method for determining the amount of process smoke as a process disturbance in additive manufacturing.
  • a corresponding monitoring system and a computer program product associated with the method are part of the present invention.
  • the process disturbance can be an artifact that distorts or disrupts the measurement result or image capture.
  • the corresponding process can generally relate to an operating procedure or a manufacturing process, preferably manufacturing processes with recurring, similar process sequences.
  • the manufacturing process can involve layer-by-layer processes for the (powder bed-based) production of components.
  • additive manufacturing processes colloquially also referred to as 3D printing, include, for example, selective laser melting (SLM) or laser sintering (SLS) or electron beam melting (EBM) as powder bed processes.
  • SLM selective laser melting
  • SLS laser sintering
  • EBM electron beam melting
  • Other additive processes are, for example, “Directed Energy Deposition (DED)” processes, in particular laser cladding, electron beam or plasma powder welding, wire welding, metallic powder injection molding, so-called “sheet lamination” processes, or thermal spray processes (VPS LPPS, GDCS).
  • DED Directed Energy Deposition
  • Additive manufacturing processes have proven to be particularly advantageous for complex or delicately designed components, such as labyrinth-like structures, cooling structures and/or lightweight structures. Additive manufacturing is particularly advantageous due to a particularly short chain of process steps, since a manufacturing or production step of a component can be carried out largely on the basis of a corresponding CAD file and the selection of corresponding manufacturing parameters.
  • the manufacture of gas turbine blades using the described powder bed-based processes advantageously enables the implementation of new geometries or concepts that reduce manufacturing costs or assembly and throughput times, optimize the manufacturing process and, for example, improve the thermo-mechanical design or durability of the components.
  • Components manufactured in a conventional way, for example by casting are still inferior to the additive manufacturing route, for example in terms of their freedom of shape and also in terms of the required throughput time and the associated high costs and manufacturing effort.
  • the powder bed process inherently creates high thermal stresses in the component structure.
  • irradiation paths or vectors that are too short lead to severe overheating, which in turn causes the structure to warp. Severe warping during the build process can easily lead to structural detachment, thermal deformation or geometric deviations outside of permissible tolerances.
  • the LPBF process also produces inherently disruptive by-products in the manufacturing process, including process smoke.
  • This process smoke causes shadowing and secondary effects through interaction with the melt beam. This results in inaccuracies in the irradiation, corresponding process deviations and, to a significant extent, impairments to the structural quality of the component being manufactured.
  • the influence of such a disturbance, such as process smoke is usually locally dependent on the position on the build plate. This makes it difficult to trace the defects in the component to a specific influencing factor or irradiation parameter.
  • the amount of smoke produced depends primarily on the material used, the protective gas used and the process parameters.
  • One aspect of the present invention relates to an image processing method for determining a process disturbance or artifact, such as said procedural smoke development.
  • the method comprises taking a plurality of images during the corresponding operating or manufacturing process.
  • the images can be recorded by common measures of image acquisition, process monitoring, such as in particular optical tomography or camera recordings, for example CCD cameras or other image sensors.
  • the method further comprises dividing the images into those that were recorded before, during and/or after a process event that triggered the said disturbance.
  • the process event is preferably the trigger of the disturbance or measurement deviation; in the case of an additive manufacturing process, preferably the irradiation of the powder bed, which is the cause of the development of the process smoke.
  • the method further comprises calculating or correcting an image background (including image noise) for each image recording during the process event or each image recording taken during the process event by comparing said image recording with further image recordings before or after the process event (images taken before and after the event).
  • the method further comprises calculating, defining or displaying a totality, quantity or intensity of the disturbances from the image recordings during the process event adjusted for the calculated background or for a darkening effect (contrast shift) caused by the process smoke and/or for the image noise.
  • this creates a background image by means of image processing or process monitoring, which shows the partially irradiated component structures, but not the disturbing influence of the melt pool and the process smoke.
  • such a measurement or monitoring method can be used to optimize process instructions (see CAM) with regard to the amount or reduction of disruptive factors inherent in the process, such as smoke.
  • process instructions see CAM
  • disruptive factors inherent in the process such as smoke.
  • the structural quality and dimensional accuracy of the component to be manufactured can of course also be significantly increased in this way.
  • the present invention makes it possible for the first time to develop reliable process parameters for the industrialized additive manufacturing of components and, in particular, to improve their reproducibility.
  • the influence of the disturbance which in this case can relate not only to the process smoke but also to other disruptive effects, can be reliably quantified using the approach according to the invention and conclusions can be drawn about the process.
  • the amount of smoke or the total intensity of the disturbance variable to be determined using the image processing method, which arises when using a set of parameters can be determined precisely.
  • the component quality can also be advantageously improved through improved process parameter development, which must be carried out for each new material and each new printer machine type.
  • the present invention also allows the temporal development of the intensity or totality of the disturbance to be determined and recorded dynamically and/or by means of process monitoring of the underlying process. It is thus possible to obtain further time-dependent insights. such as the deviations in smoke development over time.”
  • the images are additionally divided into individual recurring process steps during the underlying process.
  • the recurring process steps relate to the production of individual layers during an additive manufacturing process of the component.
  • the background is calculated pixel by pixel for each image taken during the process event (i.e. each image taken during the process event). This embodiment achieves the most accurate resolution and background correction possible by means of the method.
  • the smallest difference between a measurement value of the respective image taken during the process event and the image taken before and after the process event is adopted or used as a basis for calculating the background. This advantageously creates a background image that is corrected for interference effects such as process smoke and any overexposure.
  • the majority of the images are recorded using image sensors, preferably via a camera or via optical tomography, and corresponding contrasts or grayscales of the images are recorded or calculated as a measurement variable.
  • the image division includes the formation of a temporal average of a measured value, such as an optical image parameter, of images taken before and after the process event. This averaging enables particularly precise background basic calculation excluding the disturbing effects in image processing in a particularly practical way.
  • the method comprises calculating or displaying a temporal progression of the totality of the disturbances during the process event.
  • a temporal progression or a temporal progression of the totality of the disturbing artifacts can be determined and, by further processing such data, correlated with the recording of essential process parameters such as the laser or irradiation power, a scanning speed and/or a hatch or hatch distance, in order to draw further conclusions and, in particular, to develop a type of digital twin or model of the overall process.
  • essential process parameters such as the laser or irradiation power, a scanning speed and/or a hatch or hatch distance
  • the totality of the disturbances during the process event is calculated using a histogram, which also represents image noise with the relative frequency over the recorded measurement value. This embodiment allows the totality of the disturbances, such as the totality of the process smoke, to be evaluated and presented in a particularly clear manner.
  • the method is a method for determining the amount of process smoke as a disturbance or distortion of an image recording in powder bed-based additive manufacturing.
  • a further aspect of the present invention relates to an image processing device which is configured or suitable for carrying out an image processing method for determining the process disturbance (as described above).
  • a further aspect of the present invention relates to the use of an image processing device for the (isolated) quantification of a process smoke in the additive manufacturing of components, in particular powder bed-based.
  • a further aspect of the present invention relates to a monitoring system, for example as part of a monitoring solution in conventional additive manufacturing systems, comprising the described image processing device.
  • a further aspect of the present invention relates to a computer program or computer program product comprising instructions which, when the program is executed by a computer, for example for controlling and/or monitoring the irradiation in an additive manufacturing plant, cause the computer to determine the disturbance as described above.
  • a CAD file or a computer program product can be provided or present, for example, as a (volatile or non-volatile) storage or playback medium, such as a memory card, a USB stick, a CD-ROM or DVD, or in the form of a downloadable file from a server and/or in a network.
  • the provision can also be made, for example, in a wireless communication network by transmitting a corresponding file with the computer program product.
  • a computer program product can contain program code, machine code or numerical control instructions, such as G-code and/or other executable program instructions in general.
  • the computer program product relates to manufacturing instructions according to which an additive manufacturing system, for example via CAM means, is controlled by a corresponding computer program to manufacture the component.
  • the computer program product may further contain geometry data and/or design data in a data set or data format, such as a 3D format or as CAD data, or may comprise a program or program code for providing this data.
  • Embodiments, features and/or advantages which relate in the present case to the image processing method or the computer program (product) also relate to the image processing device and the monitoring system, and vice versa.
  • the term "and/or" or “respectively,” when used in a series of two or more elements, means that any of the elements listed may be used alone, or any combination of two or more of the elements listed may be used.
  • Figure 1 shows a schematic perspective view of an additive manufacturing system comprising an image processing device according to the invention.
  • Figure 2 shows a simplified schematic flow diagram indicating method steps according to the invention.
  • Figures 3 to 6 each use histograms to illustrate the image-processing inventive quantitative determination of process smoke in additive manufacturing processes.
  • Figure 7 further indicates, by way of example, the temporal progression of the determined quantity of the process smoker.
  • Figure 1 shows an additive manufacturing system 100.
  • the manufacturing system 100 is preferably designed as an LPBF system and for the additive construction of parts 10 or components from a powder bed.
  • the system 100 can also specifically relate to a system for electron beam melting.
  • the system has a construction platform on which the component geometry is produced, and thus welded.
  • the component 10 is produced layer by layer from a powder or powder bed 1.
  • the powder is distributed layer by layer on a construction platform using a coating device (not further identified).
  • regions of the layer are selectively melted and then solidified using an energy beam, for example a laser or electron beam 3, from an irradiation device or beam source 2 in accordance with the predetermined geometry of the component 10.
  • the build platform is preferably lowered by an amount corresponding to the layer thickness.
  • This thickness is usually only between 20 and 40 pm, so that the entire process can easily include the selective irradiation of thousands to tens of thousands of layers.
  • High temperature gradients of, for example, 10 6 K/s or more can occur due to the energy input, which only acts very locally.
  • the component is naturally subjected to correspondingly high stresses during and after construction, which significantly complicates the additive manufacturing processes.
  • the geometry of the component is usually defined by a CAD file (“Computer-Aided Design”).
  • the additive process then first requires the definition of a suitable irradiation strategy, for example by means of CAM (“Computer-Aided Manufacturing”), which can also be used to divide the component geometry into individual layers.
  • a suitable irradiation strategy for example by means of CAM (“Computer-Aided Manufacturing”), which can also be used to divide the component geometry into individual layers.
  • the image processing method according to the invention preferably relates to the determination of process disturbances in powder bed-based additive manufacturing, wherein images B are recorded by a recording device 20, for example as part of an image processing device 30, during the manufacturing process, preferably layer by layer, in particular in order to determine and/or quantify the formation of process smoke S as a process disturbance.
  • the said recording device 20 can record the images B, for example, via appropriate image acquisition or process monitoring measures, such as in particular camera recordings, optical tomography, CCD cameras or other image sensors.
  • the image processing device 30 can, for example, also be configured to determine the process disturbance S via or by means of or using a computer program or computer program product. Furthermore, the determined process disturbance (see below) or a disturbance totality or even a temporal progression of the said disturbance totality can be part or integral of the computer program product resulting from a corresponding computer program.
  • Figure 1 further shows a monitoring system 40 for additive manufacturing comprising the image processing device 30.
  • Figure 2 shows the essential method steps according to the invention in a schematic simplified flow diagram. Accordingly, the invention relates to an image processing method for determining the process disturbance S, comprising (i) taking a plurality of images B during the described operating or manufacturing process.
  • the method (ii) comprises dividing the images B into those that were recorded before, during and/or after a process event that triggers the disturbance S.
  • This process event is to be understood as triggering the actual disturbance; in additive manufacturing processes, this event therefore concerns the irradiation by means of a laser or electron beam in the paths and vectors specified, for example, by CAM for the layer-by-layer selective solidification of the structure in accordance with the specified CAD component geometry.
  • the image division may preferably comprise forming a temporal average of a measured value of the images B taken before and after the process event, such as brightness or grayscale.
  • the images taken are divided into individual layer images, preferably according to the layer sequence during the production process. Furthermore, as described, a division is made according to the time of the recording. If the recording time is, for example, before or after the exposure of a particular layer or its irradiation vectors, the images are used to calculate the background and image noise. If, however, the image was taken during exposure, it is used for the Determination of the amount of disturbance induced by the smoke.
  • the background or image noise can preferably be calculated pixel by pixel.
  • a smallest difference of a measurement value of the respective image B, which was recorded during the process event, with the recording before and after the process event is preferably used to calculate the background.
  • the image background is preferably calculated individually for each image on which the building board is exposed or depicted.
  • the background is made up of the images taken before and after exposure. To do this, the image taken during exposure is compared pixel by pixel with the images taken before and after exposure. If a pixel has a smaller difference to the pixel in the image that is part of an image after exposure, this pixel in the background also takes on its value. If the difference is smaller to the pixel in the image taken before exposure, the pixel with the smaller difference in the background takes on this value. This advantageously creates a background image that shows the partially fully exposed components, but not the melt pool and process smoke.
  • the method further comprises (iii) calculating a background and/or an image noise for each image take B during the process event by comparing it with other image recordings before and after the process event.
  • the method further comprises (iv) calculating a total G of the disturbances S from the image recordings B corrected for the calculated background during the process event.
  • the amount of smoke per image can be determined by an evaluation algorithm that is applied to the images taken.
  • the measured data are advantageously independent of the image noise that occurs in the corresponding image sensor due to the background calculation or background correction described.
  • the present invention makes a significant contribution to significantly improved process monitoring and even to the optimization of the parameter set to be developed depending on the material and design.
  • the majority of images B are finally recorded using image sensors and the corresponding grayscale or black-and-white contrasts of the images are recorded as a measurement variable.
  • the differences between the pixels of this average image and the other or further images are preferably calculated, which are then subsequently displayed in a histogram (see Figures 3 to 6 below).
  • the histogram displayed in this way also represents the image noise, or includes it. In this sense, the total G of the disturbances can only be calculated and/or displayed via the histogram during the process event.
  • Figure 3 uses a simple histogram to show a relative frequency of image noise plotted against individual difference classes of the pixel measurement values of the image sensor, for example a brightness value, gray value or a gray level.
  • Figure 4 shows - analogous to Figure 3 - a histogram of the total image sensor signal, i.e. the recorded process smoke including image noise.
  • Figure 5 shows the difference between the "total signal" and the background or background signal H.
  • this calculated background image is subtracted from the respective image that was taken during the exposure.
  • the corresponding histogram is then formed from the resulting difference image.
  • This histogram is made up of the influences mentioned.
  • the (backscattered) laser light only takes up values at the upper end or right part of the histogram.
  • the high value of the relative frequency in the individual histograms of Figures 3 to 6 with a difference of zero reflects the fact that a gray value or a pixel brightness must be cut off or scaled beyond the "limit" of the measurement accuracy of the corresponding image sensor or recording device of the sensor.
  • the amount of the disturbance total G or the process smoke S can then be calculated using the sum of the products of each difference value with the respective frequency. This means that the amount of smoke in the respective image is determined independently of the image noise in the background. In the present case of the histogrammatic representation, the amount of smoke can be determined in particular using the sum of the relative frequencies across the individual classes or difference bars.
  • Figure 7 merely indicates, in an abstract and exemplary manner, the temporal progression G(t) of the quantity of the determined process smoke S over time. Since this step is an optional step that is not necessarily essential to the invention, it is only provided with dashed connecting lines in the flow chart of Figure 2.
  • This also makes it possible to determine the temporal progression of the amount of process smoke above the building board. This can be used, among other things, to compare different parameters or for process monitoring in general.
  • the present imaging method for determining the process disturbance may alternatively refer to other methods, such as laser-based, standardized or automated operating procedures.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Es wird ein bildverarbeitendes Verfahren zur Bestimmung einer Prozessstörung (S) angegeben. Das Verfahren umfasst, (i), das Aufnehmen einer Mehrzahl von Bildern (B) während eines Betriebs- oder Herstellungsprozesses, (ii), das Unterteilen der Bilder (B) in solche, die vor, während und/oder nach eines die Störung (S) auslösenden Prozessereignisses aufgenommen wurden, (iii), das Berechnen eines Hintergrundes für jede Bildaufnahme (B) während des Prozessereignisses, indem dieses mit weiteren Bildaufnahmen vor bzw. nach dem Prozessereignis, verglichen wird und, (iv), das Berechnen einer Gesamtheit (G) der Störungen (S) aus den um den berechneten Hintergrund bereinigten Bildaufnahmen (B) während des Prozessereignisses. Weiterhin werden eine Bildverarbeitungsvorrichtung, deren Verwendung und ein entsprechendes Computerprogrammprodukt angegeben.

Description

Beschreibung
Bildverarbeitendes Verfahren zur Bestimmung einer Prozessstörung und Bildverarbeitungsvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein bildverarbeitendes Verfahren zur Bestimmung einer Prozessstörung bzw. eines Artefaktes, sowie eine entsprechende Bildverarbeitungsvorrichtung. Insbesondere ist das Verfahren ein bildverarbeitendes Verfahren zur Bestimmung der Menge des Prozessrauches als Prozessstörung in der additiven Herstellung. Weiterhin sind ein entsprechendes Überwachungssystem sowie ein zu dem Verfahren zugehöriges Computerprogrammprodukt Teil der vorliegenden Erfindung.
Insbesondere kann es sich bei der Prozessstörung um ein das Messergebnis oder die Bilderfassung verfälschendes oder störendes Artefakt handeln. Demgegenüber kann der entsprechende Prozess allgemein ein Betriebsverf ahren oder ein Herstellungsverfahren, vorzugsweise Herstellungsverfahren mit immer wiederkehrenden gleichartigen Prozessabläufen, betreffen.
Noch spezieller kann es sich bei dem Herstellungsverfahren um schichtweise Verfahren zur (pulver-bettbasierten) Herstellung von Bauteilen handeln.
Design und Materialeigenschaften von Hochleistungsbauteilen sind Gegenstand stetiger Entwicklung, um Funktionalität und/oder Einsatzgebiete der entsprechenden Bauteile im Einsatz zu steigern bzw. zu erweitern. Bei Wärmekraftmaschinen, insbesondere Gasturbinen, zielt die Entwicklung häufig auf immer höheren Einsatztemperaturen. Um beispielsweise den Herausforderungen sich wandelnder industrieller Anforderungen gerecht zu werden, erstrebt die Entwicklung insbesondere eine Festigkeitssteigerung, erhöhte thermomechanische Belastbarkeit und Lebensdauer solcher Bauteilstrukturen.
Die generative oder additive Fertigung wird aufgrund technischer Weiterentwicklung zunehmend interessant auch für die Serienherstellung der oben genannten Bauteile, wie beispielsweise Turbinenschaufeln oder Brenner komponenten .
Additive Herstellungsverfahren (AM: „additive manufacturing") , umgangssprachlich auch als 3D-Druck bezeichnet, umfassen beispielsweise als Pulverbettverfahren das selektive Laserschmelzen (SLM) oder Lasersintern (SLS) , oder das Elektronenstrahlschmelzen (EBM) . Weitere additive Verfahren sind beispielsweise „Directed Energy Deposition (DED) "-Verfahren, insbesondere Laserauftragschweißen, Elektronenstrahl-, oder Plasma-Pulverschweißen, Drahtschweißen, metallischer Pulverspritzguss, sogenannte „sheet lamination"-Verf ahren, oder thermische Spritzverf ahren (VPS LPPS, GDCS) .
Additive Fertigungsverf ahren haben sich insbesondere als besonders vorteilhaft für komplexe oder filigran gestaltete Bauteile, beispielsweise labyrinthartige Strukturen, Kühlstrukturen und/oder Leichtbau-Strukturen erwiesen. Insbesondere ist die additive Fertigung durch eine besonders kurze Kette von Prozessschritten vorteilhaft, da ein Herstellungsoder Fertigungsschritt eines Bauteils weitgehend auf Basis einer entsprechenden CAD-Datei und der Wahl entsprechender Fertigungsparameter erfolgen kann.
Die Herstellung von Gasturbinenschaufeln mittels der beschriebenen pulverbett-basierten Verfahren (LPBF englisch für „Laser Powder Bed Fusion") ermöglicht vorteilhaft die Implementierung von neuen Geometrien oder Konzepten, welche die Herstellungskosten bzw. die Aufbau- und Durchlaufzeit reduzieren, den Herstellungsprozess optimieren und beispielsweise eine thermo-mechanische Auslegung oder Strapazierfähigkeit der Komponenten verbessern können. Auf konventionelle Art, beispielsweise gusstechnisch, hergestellte Komponenten stehen der additiven Fertigungsroute, beispielsweise hinsichtlich ihrer Formgebungsfreiheit und auch in Bezug auf die erforderliche Durchlaufzeit und den damit verbundenen hohen Kosten sowie dem fertigungstechnischen Aufwand, noch nach. Durch den Pulverbettprozess entstehen in der Bauteilstruktur inhärent jedoch hohe thermische Spannungen. Insbesondere führen zu kurz bemessene Bestrahlungswege oder -Vektoren zu starken Überhitzungen, die wiederum zum Verzug der Struktur führen. Ein starker Verzug während des Aufbauprozesses führt indes leicht zu strukturellen Ablösungen, thermischen Verformungen oder geometrischen Abweichungen außerhalb einer zulässigen Toleranz.
Beim LPBF-Verf ahren entstehen im Fertigungsprozess weiterhin inhärent störende Nebenprodukte, zu welchen der Prozessrauch gehört. Dieser Prozessrauch verursacht durch Wechselwirkung mit dem Schmelzstrahl Abschattungs- , und Sekundäreffekte. Daraus resultieren Ungenauigkeiten in der Bestrahlung, entsprechende Prozessabweichungen und maßgeblich auch Beeinträchtigungen der Strukturqualität des herzustellenden Bauteils. Der Einfluss einer solchen Störung, wie des Prozessrauchs, ist üblicherweise lokal von der Position auf der Bauplatte abhängig. Dies erschwert es, die entstandenen Fehler im Bauteil auf einen konkreten Einflussfaktor oder Bestrahlungsparameter zurückzuführen. Die Menge des entstehenden Rauches hängt in erster Linie vom verwendeten Material, dem verwendeten Schutzgas und den Prozessparametern ab.
Es ist bisher mit derzeit verfügbaren Messmethoden nicht möglich, die Menge des entstehenden Rauches zuverlässig vorherzusagen, zu bestimmen oder zu quantifizieren.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel anzugeben, die es erlauben, Prozessstörungen, wie die besagte Rauchentwicklung im Wege des schichtweisen Prozesses zuverlässig zu bestimmen und/oder zu quantifizieren.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein bildverarbeitendes Verfahren zur Bestimmung einer Prozessstörung oder eines Artefaktes, wie der besagten prozeduralen Rauchentwicklung. Das Verfahren umfasst das Aufnehmen einer Mehrzahl von Bildern während des entsprechenden Betriebs- oder Herstellungsprozesses.
Erfindungsgemäß können die Bilder durch gängige Maßnahmen der Bilderfassung, Prozessüberwachung, wie insbesondere optische Tomografie oder Kameraaufnahmen, beispielsweise CCD Kameras oder andere Bildsensoren aufgenommen werden.
Das Verfahren umfasst weiterhin das Unterteilen der Bilder in solche, die vor, während und/oder nach eines die genannte Störung auslösenden Prozessereignisses aufgenommen wurden. Bei dem Prozessereignis handelt es sich vorzugsweise um den Auslöser der Störung oder Messabweichung; im Falle eines additiven Herstellungsverfahrens vorzugsweise der Bestrahlung des Pulverbettes, welche ursächlich für die Entwicklung des Prozessrauches ist.
Das Verfahren umfasst weiterhin das Berechnen bzw. Korrigieren eines Bildhintergrundes (einschließlich eines Bildrauschens) für jede Bildaufnahme während des Prozessereignisses bzw. jede Bildaufnahme, welche während des Prozessereignisses aufgenommen wurde, indem die besagte Bildaufnahme mit weiteren Bildaufnahmen vor bzw. nach dem Prozessereignisses (Aufnahmen, die vor und nach dem Ereignis aufgenommen wurden) verglichen wird.
Das Verfahren umfasst weiterhin das Berechnen, Definieren bzw. Darstellen einer Gesamtheit, Menge oder Intensität der Störungen aus den um den berechneten Hintergrund bzw. um einen durch den Prozessrauch verursachten Verdunkelungseffekt (Kontrastverschiebung) und/oder um das Bildrauschen bereinigten Bildaufnahmen während des Prozessereignisses. Vorteilhafterweise entsteht dadurch im Wege der Bildverarbeitung bzw. Prozessüberwachung ein Hintergrundbild, welches die teilweise fertig bestrahlten Bauteilstrukturen zeigt, nicht jedoch den störenden Einfluss des Schmelzbades und des Prozessrauchs .
Weiterhin können mit einer solchen Mess- oder Überwachungsme- thode Prozessanweisungen (vgl. CAM) hinsichtlich der Menge bzw. Reduktion von im Prozess inhärent entstehenden Störfaktoren, wie des entstehenden Rauches, optimiert werden. Mittelbar oder durch weitergehende Untersuchungen lässt sich auf diesem Wege natürlich auch die Strukturqualität und Maßhaltigkeit des entsprechend herzustellenden Bauteils signifikant steigern .
Insbesondere gelingt es durch die vorliegende Erfindung erstmals, verlässliche Prozessparameter für die industrialisierte additive Herstellung von Bauteilen zu entwickeln und insbesondere deren Reproduzierbarkeit zu verbessern. Schließlich können ein Einfluss der Störung, welche sich vorliegend nicht nur auf den Prozessrauch, sondern auch auf andere Störeffekte beziehen kann, durch den erfindungsgemäßen Ansatz, verlässlich quantifiziert und daraus Rückschlüsse auf den Prozess gezogen werden. Insbesondere kann die Menge des Rauches oder die Gesamtintensität der über das bildverarbeitende Verfahren zu bestimmenden Störgröße, welche bei der Verwendung eines Parameter satzes entsteht, genau bestimmt werden.
Indirekt lässt sich durch eine verbesserte Prozessparameterentwicklung, welche für jede neue Material und jeden neuen Drucker-Maschinentyp durchgeführt werden muss, die Bauteilqualität ebenfalls vorteilhaft verbessern.
Noch weiterhin erlaubt es die vorliegende Erfindung, die zeitliche Entwicklung der Intensität oder Gesamtheit der Störung dynamisch und/oder im Wege der Prozessüberwachung des zugrunde liegenden Prozesses zu bestimmen und aufzuzeichnen. Es ist damit möglich, weitergehende zeitabhängige Erkenntnis- se, wie die Abweichungen der Rauchentwicklung über die Zeit, festzustellen."
In einer Ausgestaltung erfolgt das Unterteilen der Bilder zusätzlich in einzelne wiederkehrende Prozessschritte während des zugrunde liegenden Prozesses.
In einer Ausgestaltung betreffen die wiederkehrenden Prozessschritte der Herstellung von einzelnen Schichten während eines additiven Herstellungsprozesses des Bauteils.
In einer Ausgestaltung wird der Hintergrund für jede Bildaufnahme während des Prozessereignisses (d.h. jedes Bild, welches während des Prozessereignisses aufgenommen wird) pixelweise berechnet. Durch diese Ausgestaltung wird eine möglichst genaue Auflösung und Hintergrundkorrektur im Wege des Verfahrens bewerkstelligt.
In einer Ausgestaltung wird für die Berechnung des Hintergrundes jeweils eine kleinste Differenz einer Messgröße des jeweiligen Bildes, welches während des Prozessereignisses aufgenommen wurde, mit derjenigen Aufnahme vor und nach dem Prozessereignisses für die Berechnung des Hintergrundes übernommen bzw. zugrunde gelegt. Damit entsteht vorteilhafterweise ein Hintergrundbild, welches um die Störeffekte, wie den Prozessrauch sowie eine etwaige Überbelichtung bereinigt ist .
In einer Ausgestaltung werden die Mehrzahl der Bilder bildsensorisch, vorzugsweise über eine Kamera oder über optische Tomografie, aufgenommen und entsprechende Kontraste oder Graustufen der Bilder als Messgröße erfasst bzw. berechnet.
In einer Ausgestaltung umfasst die Bildunterteilung jeweils das Bilden eines zeitlichen Mittelwertes einer Messgröße, wie einen optischen Bildparameter, solcher Bilder, die vor und nach dem Prozessereignisses aufgenommen wurden. Durch diese Mittelung gelingt insbesondere eine besonders genaue Hinter- grundberechnung unter Ausschluss der Störeffekte in der Bildverarbeitung auf besonders zweckmäßige Art.
In einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren das Berechnen oder Darstellen eines zeitlichen Verlaufs der Gesamtheit der Störungen während des Prozessereignisses. Durch diese Ausgestaltung werden die weiter oben genannten Vorteile erreicht. Insbesondere kann ein zeitlicher Verlauf bzw. ein zeitlicher Verlauf der Gesamtheit der störenden Artefakte bestimmt und im Wege der Weiterverarbeitung solcher Daten zusammen mit der Erfassung von wesentlichen Prozessparametern wie beispielsweise der Laser- oder Bestrahlungsleistung, einer Scangeschwindigkeit und oder eines Hatch- oder Schraffurabstandes, korreliert werden, um weitere Rückschlüsse zu ziehen und insbesondere eine Art digitalen Zwilling oder Modell des Gesamtprozesses zu entwickeln. Mithilfe dieses Modells gelingt es wiederum, eine direkte Abhängigkeit von entstehendem Prozessrauch zur Bauteilqualität, beispielsweise über einen Soll- Ist-Vergleich, oder eine entsprechende Prozesstoleranz für die Qualitätssicherung vorherzusagen und bereitzustellen.
In einer Ausgestaltung wird eine Gesamtheit der Störungen während des Prozessereignisses über ein Histogramm, welches überdies ebenfalls ein Bildrauschen mit der relativen Häufigkeit über der erfassten Messgröße darstellt, berechnet. Über diese Ausgestaltung kann die Gesamtheit der Störungen, wie die Gesamtheit des Prozessrauches, besonders übersichtlich gut ausgewertet und übersichtlich dargestellt werden.
In einer Ausgestaltung ist das Verfahren ein Verfahren zur Bestimmung der Menge des Prozessrauches als Störung oder Verfälschung einer Bildaufnahme in der pulverbett-basierten additiven Herstellung.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Bildverarbeitungsvorrichtung, welche dazu eingerichtete bzw. geeignet ist, ein bildverarbeitendes Verfahren zur Bestimmung der Prozessstörung (wie oben beschrieben) durchzuführen. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung einer Bildverarbeitungsvorrichtung zur (isolierten) Quantifizierung eines Prozessrauches in der, insbesondere pulverbett-basierten , additiven Herstellung von Bauteilen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Überwachungssystem, beispielsweise als Teil einer Überwa- chungslösung in konventionellen additiven Herstellungsanlagen, umfassend die beschriebene Bildverarbeitungsvorrichtung.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Computerprogramm bzw. Computerprogramm Produkt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer, beispielsweise zur Steuerung und oder Überwachung der Bestrahlung in einer additiven Herstellungsanlage, diesen veranlassen, die Störung wie oben beschrieben zu bestimmen.
Eine CAD-Datei oder ein Computerprogrammprodukt, kann beispielsweise als (flüchtiges oder nicht-flüchtiges) Speicheroder Wiedergabemedium, wie z.B. eine Speicherkarte , ein USB- Stick, eine CD-ROM oder DVD, oder auch in Form einer herunterladbaren Datei von einem Server und/oder in einem Netzwerk bereitgestellt werden, oder vorliegen. Die Bereitstellung kann weiterhin zum Beispiel in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk durch die Übertragung einer entsprechenden Datei mit dem Computerprogrammprodukt erfolgen. Ein Computerprogrammprodukt kann Programmcode, Maschinencode bzw. numerische Steuerungsanweisungen, wie G-code und/oder andere ausführbare Programmanweisungen im Allgemeinen beinhalten.
In einer Ausgestaltung betrifft das Computerprogrammprodukt Herstellungsanweisungen, gemäß denen eine additive Herstellungsanlage, beispielsweise über CAM-Mittel, durch ein entsprechendes Computerprogramm, zur Herstellung des Bauteils gesteuert wird. Das Computerprogrammprodukt kann weiterhin Geometriedaten und/oder Konstruktionsdaten in einem Datensatz oder Datenformat, wie einem 3D-Format bzw. als CAD-Daten enthalten bzw. ein Programm oder Programmcode zum Bereitstellen dieser Daten umfassen .
Ausgestaltungen, Merkmale und/oder Vorteile, die sich vorliegend auf das bildverarbeitende Verfahren bzw. das Computerprogramm (produkt ) beziehen, betreffen ebenso die Bildverarbeitungsvorrichtung und das Überwachungssystem, und umgekehrt .
Der hier verwendete Ausdruck „und/oder" oder „bzw.", wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird, bedeutet, dass jedes der aufgeführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann jede Kombination von zwei oder mehr der auf geführten Elemente verwendet werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben.
Figur 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer additiven Herstellungsanlage umfassend eine erfindungsgemäße Bildverarbeitungsvorrichtung .
Figur 2 zeigt ein vereinfachtes schematisches Flussdiagramm, andeutend erfindungsgemäße Verfahrensschritte.
Die Figuren 3 bis 6 deuten jeweils anhand von Histogrammen die bildverarbeitende erfinderische mengenmäßige Bestimmung von Prozessrauch bei additiven Herstellungsverfahren an.
Figur 7 deutet weiterhin beispielhaft den zeitlichen Verlauf der bestimmten Menge des Prozessrauchers an.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleichwirkende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Grö- ßenverhältnis se untereinander sind grundsätzlich nicht als maß stabsgerecht anzusehen , vielmehr können einzelne Elemente , zur bes seren Darstellbarkeit und/oder zum bes seren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein .
Figur 1 zeigt eine additive Herstellungsanlage 100 . Die Herstellungsanlage 100 ist vorzugsweise als LPBF-Anlage und für den additiven Aufbau von Bauteilen 10 oder Komponenten aus einem Pulverbett ausgestaltet . Die Anlage 100 kann im Speziellen auch eine Anlage zum Elektronenstrahlschmelzen betreffen .
Demgemäß weist die Anlage eine Bauplattform, auf der die Bauteilgeometrie hergestellt , mithin verschweißt wird . Das Bauteil 10 wird schichtwei se aus einem Pulver bzw . Pulverbett 1 hergestellt . Das Pulver wird dazu über eine nicht weiter gekennzeichnete Beschichtungseinrichtung auf einer Bauplattform schichtweise verteilt . Nach dem Aufträgen einer j eden Pulverschicht werden gemäß der vorgegebenen Geometrie des Bauteils 10 selektiv Bereiche der Schicht mit einem Energiestrahl , beispielsweise einem La ser oder Elektronenstrahl 3 , von einer Bestrahlungseinrichtung oder Strahlquelle 2 auf geschmol zen und anschließend verfestigt .
Nach j eder Schicht wird die Bauplattform vorzugswei se um ein der Schichtdicke entsprechendes Maß abgesenkt . Diese Dicke beträgt üblicherweise lediglich zwis chen 20 und 40 pm, so das s der gesamte Prozes s leicht die selektive Bestrahlung von Tausenden bis hin zu Zehntausenden von Schichten umfas sen kann . Dabei können durch den lediglich sehr lokal wirkenden Energieeintrag hohe Temperaturgradienten , von beispielsweise 106 K/ s oder mehr auftreten . Dementsprechend groß ist selbstverständlich während de s Aufbaus und danach auch ein Verspannungs zustand des Bauteils , was die additiven Herstellungsprozes sen erheblich verkompliziert . Die Geometrie des Bauteils wird üblicherweise durch eine CAD- Datei ( „Computer-Aided-Design" ) festgelegt. Nach dem Einlesen einer solchen Datei in die Herstellungsanlage 100 erfordert der additive Prozess anschließend zunächst die Festlegung einer geeigneten Bestrahlungsstrategie beispielsweise durch Mittel des CAM ( „Computer-Aided-Manuf acturing" ) , wodurch auch ein Aufteilen der Bauteilgeometrie in die einzelnen Schichten erfolgen kann.
Wie anhand von der Beschreibung der Figur 2 (siehe weiter unten) weiter erläutert wird, betrifft das erfindungsgemäße bildverarbeitende Verfahren vorzugsweise die Bestimmung von Prozessstörungen, in der pulverbett-basierten, additiven Herstellung, wobei Bilder B von einer Aufnahmevorrichtung 20, beispielsweise als Teil einer Bildverarbeitungsvorrichtung 30, während des Herstellungsprozesses vorzugsweise schichtweise aufgenommen werden, insbesondere um die Entstehung von Prozessrauch S als Prozessstörung zu bestimmen und/oder zu quantifizieren.
Die genannte Aufnahmevorrichtung 20 kann die Bilder B beispielsweise über zweckmäßige Maßnahmen der Bilderfassung oder Prozessüberwachung, wie insbesondere Kameraaufnahmen, optische Tomografie, CCD-Kameras oder andere Bildsensoren aufnehmen .
Die Bildverarbeitungsvorrichtung 30 kann beispielsweise weiterhin eingerichtet sein, die Prozessstörung S über oder im Wege oder unter Nutzung eines Computerprogramms bzw. Computerprogrammproduktes zu bestimmen. Weiterhin kann die bestimmte Prozessstörung (siehe unten) bzw. eine Störungsgesamtheit oder sogar ein zeitlicher Verlauf der genannten Störungsgesamtheit Teil oder Integral des aus einem entsprechenden Computerprogramm resultierenden Computerprogrammprodukt sein . Die Figur 1 zeigt weiterhin ein Überwachungssystem 40 für die additive Herstellung umfassend die Bildverarbeitungsvorrichtung 30.
Figur 2 deutet in einem schematischen vereinfachten Flussdiagramm, die wesentlichen erfindungsgemäßen Verfahrensschritte an. Demgemäß betrifft die Erfindung ein bildverarbeitendes Verfahren zur Bestimmung der Prozessstörung S, umfassend, (i) , das Aufnehmen einer Mehrzahl von Bildern B während des beschriebenen Betriebs- oder Herstellungsprozesses .
Weiterhin umfasst das Verfahren, (ii) , das Unterteilen der Bilder B in solche, die vor, während und/oder nach eines die Störung S auslösenden Prozessereignisses aufgenommen wurden. Dieses Prozessereignisses ist so zu verstehen, dass es die eigentliche Störung auslöst; bei additiven Herstellungsverfahren betrifft dieses Ereignis also die Bestrahlung mittels Laser oder Elektronenstrahls in den beispielsweise durch CAM vorgegebenen Bahnen und Vektoren zum schichtweisen selektiven Verfestigen der Struktur gemäß der vorgegebenen CAD- Bauteilgeometrie .
Die Bildunterteilung kann jeweils vorzugsweise das Bilden eines zeitlichen Mittelwertes einer Messgröße der Bilder B umfassen, die vor und nach dem Prozessereignis aufgenommen wurden, wie beispielsweise einer Helligkeit oder Graustufen.
Zuerst werden die auf genommenen Bilder vorzugsweise gemäß Schichtenfolge während des Herstellungsprozesses in einzelne Schichtbilder unterteilt. Weiterhin erfolgt - wie beschrieben - eine Unterteilung nach dem Zeitpunkt der Aufnahme. Liegt der Aufnahmezeitpunkt beispielsweise vor oder nach der Belichtung einer jeweiligen Schicht bzw. seiner Bestrahlungsvektoren, so werden die Bilder für die Berechnung des Hintergrundes und des Bildrauschens verwendet. Wurde das Bild hingegen während der Belichtung aufgenommen, so wird es für die Bestimmung der Menge der durch den Rauch induzierten Störung zugrunde gelegt.
Wie beschrieben kann das Berechnen des Hintergrundes bzw. des Bildrauschens vorzugsweise pixelweise erfolgen. Für die genannte Berechnung wird vorzugsweise jeweils eine kleinste Differenz einer Messgröße des jeweiligen Bildes B, welches während des Prozessereignisses aufgenommen wurde, mit derjenigen Aufnahme vor und nach dem Prozessereignis für die Berechnung des Hintergrunds übernommen.
Mit anderen Worten wird für jedes Bild, auf dem die Bauplatte belichtet bzw. abgebildet wird, der Bildhintergrund vorzugsweise einzeln berechnet. Der Hintergrund setzt sich dabei aus den Bildern zusammen, welche vor und nach der Belichtung gemacht wurden. Dafür wird das Bild, welches während der Belichtung aufgenommen wurde, jeweils Pixel für Pixel mit den Bildern verglichen, die vor und nach der Belichtung aufgenommen wurden. Hat ein Pixel eine geringere Differenz zu dem Pixel im Bild, welcher Teil eines Bildes nach der Belichtung ist, so nimmt dieser Pixel im Hintergrund auch dessen Wert an. Ist die Differenz geringer zu dem Pixel im Bild, welches vor der Belichtung aufgenommen wurde, so übernimmt der Pixel mit der geringeren Differenz im Hintergrund diesen Wert. Damit entsteht mit Vorteil ein Hintergrundbild, welches die teilweise fertig belichteten Bauteile zeigt, nicht jedoch das Schmelzbad und den Prozessrauch.
Durch die Bildvergleiche des belichteten Bildes mit denjenigen, die vor und nach der Belichtung aufgenommen werden und dem Übernehmen der jeweils kleineren Differenz, wird im Prinzip ein zweckmäßigeres Ergebnis geliefert und insbesondere ein Hell-Dunkel-Kontrast, der sich aus der schichtweise bereits verfestigten Struktur ergibt, minimiert bzw. herausgerechnet .
Das Verfahren umfasst weiterhin, (iii) , das Berechnen eines Hintergrundes und/oder eines Bildrauschens für jede Bildauf- nähme B während des Prozessereignisses, indem dieses mit weiteren Bildaufnahmen vor bzw. nach dem Prozessereignis, verglichen wird.
Das Verfahren umfasst weiterhin, (iv) , das Berechnen einer Gesamtheit G der Störungen S aus den um den berechneten Hintergrund bereinigten Bildaufnahmen B während des Prozessereignisses .
Insbesondere kann die Menge des Rauches je Bild durch einen Auswertungsalgorithmus, welcher auf die auf genommenen Bilder angewendet wird, bestimmt werden. Die gemessenen Daten sind dabei - durch die beschriebene Hintergrundberechnung bzw. Hintergrundkorrektur - vorteilhafterweise unabhängig vom Bildrauschen, welches im entsprechenden Bildsensor entsteht.
Mit diesem Ansatz liefert die vorliegende Erfindung einen maßgeblichen Beitrag zu einer deutlich verbesserten Prozessüberwachung und sogar zur Optimierung des material- und Designabhängig zu entwickelnden Parametersatzes .
Vorzugsweise werden die Mehrzahl der Bilder B schließlich bildsensorisch aufgenommen und als Messgröße entsprechende Graustufen bzw. Schwarz-Weiß-Kontraste der Bilder erfasst.
Diese Helligkeitswerte bzw. Graustufen der Pixel in den aufgenommenen Bildern setzten sich tatsächlich aus unterschiedlichen Einflüssen zusammen. Die meisten Pixel nehmen das Licht auf, welches - im vorliegenden Fall - durch das Pulverbett 1 reflektiert wird. Sobald sich Prozessrauch S über dem Pulverbett 1 befindet, wird das reflektierte Licht abgelenkt oder gestreut und der Helligkeitswert sinkt. Wird das Pulverbett 1 vom Laserstrahl 3 belichtet, so erhöht sich indes der Helligkeitswert beim Schmelzbad. Außerdem tritt für jeden Pixel bei der Bildaufnahme eine inhärente Messabweichung durch Bildrauschen auf. Die Bilder, welche kurz vor und nach der Belichtung aufgenommen wurden, zeigen für einige Sekunden normalerweise die Bauplattform bzw. Herstellungsoberfläche (vgl. Figur 1) . Diese Bilder bilden grundsätzlich ein ähnliches bzw. dasselbe Szenario ab, können sich jedoch leicht durch das Bildrauschen unterscheiden. Der Rauschkontrast ist jedoch schwach genug, um die Durchschnittswerte der Pixel jeweils als annähernd konstant und die entsprechende Rauschfunktion hinreichend genau als normalverteilt anzunehmen. Es wird also zunächst der zeitliche Durchschnitt der entsprechenden Bilder errechnet.
Wie oben bereits angedeutet werden vorzugsweise die Differenzen der Pixel von diesem Durchschnittsbild und den anderen oder weiteren Bildern errechnet, welche dann anschließend in einem Histogramm (siehe Figuren 3 bis 6 weiter unten) dargestellt werden. Das entsprechend so dargestellte Histogramm stellt ebenfalls das Bildrauschen dar, oder umfasst dieses. In diesem Sinne lässt sich über das Histogramm die Gesamtheit G der Störungen erst während des Prozessereignisses berechnen und/oder darstellen.
Die Figur 3 zeigt anhand eines einfachen Histogramms eine relative Häufigkeit des Bildrauschens aufgetragen über einzelnen Differenzklassen der Pixelmesswerte des Bildsensors, beispielsweise ein Helligkeitswert, Grauwert oder eine Graustufe .
Die Figur 4 zeigt - analog zur Figur 3 - ein Histogramm des bildsensorischen Gesamtsignals , d.h. des auf genommenen Prozessrauchs inklusive Bildrauschen.
In analoger Darstellung zeigt die Figur 5 die besagte Differenz des „Gesamtsignals'' zum Hintergrund bzw. Hintergrundsignal H. Mit anderen Worten wird dieses errechnete Hintergrundbild von dem jeweiligen Bild abgezogen, welches während der Belichtung aufgenommen wurde. Aus dem entstandenen Differenzbild wird dann das entsprechende Histogramm gebildet. Dieses Histogramm setzt sich aus den genannten Einflüssen zusammen. Das (rückgestreute) Laserlicht nimmt bekanntlich nur Werte am oberen Ende bzw. rechten Teils des Histogramms ein.
Anhand der Darstellung der Figur 6 ist weiter ersichtlich, dass dieser rechte Teil folglich ausgeschnitten, mithin auf null gesetzt wurde. Die rechte und damit positive Seite des Histogramms ist somit nur vom Bildrauschen des Hintergrundes beeinflusst (siehe oben) . Über einen numerischen Optimierer lässt sich nun ein Faktor zwischen den beiden Verteilungen bestimmen, sodass beide Histogramme im positiven Bereich möglichst nah aneinander liegen. Auf diesem Wege wird quasi ein Überbelichtungsfehler der bestimmten Störung bzw. seiner Gesamtheit bereinigt. Anstatt des genannten numerischen Optimierers das kann beispielsweise ein anderer zweckmäßiger Fitting-Algorithmus bzw. eine zweckmäßige Regressionsanalyse oder Ausgleichsrechnung verwendet werden.
Durch das beschriebene Subtrahieren der einzelnen Histogramme entsteht eine Verteilung, die vorteilhafterweise lediglich von der Ablenkung des Prozessrauches beeinflusst ist.
Der hohe Wert der relativen Häufigkeit in den einzelnen Histogrammen der Figuren 3 bis 6 bei einer Differenz von null spiegelt die Tatsache wider, dass ein Grauwert oder eine Pixelhelligkeit über den „Anschlag” der Messgenauigkeit entsprechenden Bildsensors oder Aufnahmegerätes des Sensors jeweils hinaus abgeschnitten bzw. skaliert berücksichtigt werden muss.
Die Menge des Störungsgesamtheit G bzw. des Prozessrauches S kann anschließend über die Summe der Produkte jedes Differenzwertes mit der jeweiligen Häufigkeit gebildet werden. Damit ist die Menge des Rauches auf dem jeweiligen Bild unabhängig vom Bildrauschen des Hintergrundes bestimmt. Im vorliegenden Fall der histogrammatischen Darstellung gelingt die Mengenbestimmung des Rauches insbesondere durch die Summe der relativen Häufigkeiten über die einzelnen Klassen bzw. Differenzbalken . Die Figur 7 deutet lediglich abstrakt und beispielhaft den zeitlichen Verlauf G(t) der Menge des bestimmten Prozessrauches S über der Zeit an. Da sich bei diesem Schritt um einen optionalen nicht unbedingt für die Erfindung wesentlichen Schritt handelt, ist dieser im Flussdiagramm der Figur 2 lediglich mit gestrichelten Verbindungslinien versehen.
Damit kann vorteilhafterweise weiterhin ein zeitlicher Verlauf der Menge des Prozessrauches über der Bauplatte ermittelt werden. Dieser kann unter anderem für den Vergleich unterschiedlicher Parameter oder die Prozessüberwachung im Allgemeinen verwendet werden.
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann sich das vorliegende bildgebende Verfahren zur Bestimmung der Prozessstörung alternativ auf andere Verfahren, beispielsweise laserbasierte, standardisierte oder automatisierte Betriebsverf ahren beziehen .

Claims

Patentansprüche
1. Bildverarbeitendes Verfahren zur Bestimmung der Menge des Prozessrauches in der additiven Herstellung als Prozessstörung, umfassend das:
- (i) Aufnehmen einer Mehrzahl von Bildern (B) während eines Betriebs- oder Herstellungsprozesses,
- (ii) Unterteilen der Bilder (B) in solche, die vor, während und/oder nach eines die Störung (S) auslösenden Prozessereignisses aufgenommen wurden, wobei das Unterteilen der Bilder (B) zusätzlich in einzelne wiederkehrende Prozessschritte während des Betriebs- oder Herstellungsprozesses erfolgt und wobei die wiederkehrenden Prozessschritte die Herstellung von einzelnen Schichten während eines Herstellungsprozesses betreffen,
- (üi) Berechnen eines Hintergrundes für jede Bildaufnahme (B) während des Prozessereignisses, indem diese mit weiteren Bildaufnahmen vor bzw. nach dem Prozessereignis, verglichen wird, und
- (iv) Berechnen einer Gesamtheit (G) der Störungen (S) aus den um den berechneten Hintergrund bereinigten Bildaufnahmen (B) während des Prozessereignisses.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Hintergrund für jede Bildaufnahme (B) während des Prozessereignisses pixelweise berechnet wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die Berechnung des Hintergrundes jeweils eine kleinste Differenz einer Messgröße des jeweiligen Bildes (B) , welches während des Prozessereignisses aufgenommen wurde, mit derjenigen Aufnahme vor und nach dem Prozessereignis für die Berechnung des Hintergrunds übernommen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mehrzahl der Bilder (B) bildsensorisch aufgenommen und Graustufen der Bilder als Messgröße erfasst werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bildunterteilung jeweils das Bilden eines zeitlichen Mittelwertes einer Messgröße solcher Bilder (B) umfasst, die vor und nach dem Prozessereignis aufgenommen wurden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend das Berechnen eines zeitlichen Verlaufs (G(t) , v) der Gesamtheit (G) der Störungen (S) während des Prozessereignisses .
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gesamtheit (G) der Störungen (S) während des Prozessereignisses über ein Histogramm berechnet wird.
8. Bildverarbeitungsvorrichtung (30) , welche dazu eingerichtete ist, ein bildverarbeitendes Verfahren zur Bestimmung einer Störung (S) nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen .
9. Überwachungssystem (40) für die additive Herstellung umfassend eine Bildverarbeitungsvorrichtung (30) gemäß dem vorherigen Anspruch.
10. Computerprogrammprodukt (CP) , umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer, beispielsweise zur Steuerung und/oder Überwachung der Bestrahlung in einer additiven Herstellungsanlage (100) , diesen veranlassen, die Störung (S) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zu bestim- men .
EP23798164.2A 2022-11-28 2023-10-25 Bildverarbeitendes verfahren zur bestimmung einer prozessstörung und bildverarbeitungsvorrichtung Pending EP4594999A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022212672.6A DE102022212672A1 (de) 2022-11-28 2022-11-28 Bildverarbeitendes Verfahren zur Bestimmung einer Prozessstörung und Bildverarbeitungsvorrichtung
PCT/EP2023/079711 WO2024115018A1 (de) 2022-11-28 2023-10-25 Bildverarbeitendes verfahren zur bestimmung einer prozessstörung und bildverarbeitungsvorrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4594999A1 true EP4594999A1 (de) 2025-08-06

Family

ID=88598843

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23798164.2A Pending EP4594999A1 (de) 2022-11-28 2023-10-25 Bildverarbeitendes verfahren zur bestimmung einer prozessstörung und bildverarbeitungsvorrichtung

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4594999A1 (de)
CN (1) CN120303694A (de)
DE (1) DE102022212672A1 (de)
WO (1) WO2024115018A1 (de)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2178056B1 (de) 2008-10-14 2012-02-01 Nohmi Bosai Ltd. Rauchmeldevorrichtung
JP5261546B2 (ja) 2011-07-25 2013-08-14 能美防災株式会社 煙検出装置
CN109028235A (zh) 2018-09-29 2018-12-18 佛山市云米电器科技有限公司 基于背景建模的智能风速调节式油烟机
WO2020214084A1 (en) * 2019-04-17 2020-10-22 Hendricks Corp Pte Ltd Method and system for detecting fire and smoke
DE102020205640A1 (de) * 2020-05-05 2021-11-11 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Überwachungseinrichtung für eine Fertigungsanlage, Fertigungsanlage und Verfahren

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024115018A1 (de) 2024-06-06
DE102022212672A1 (de) 2024-05-29
CN120303694A (zh) 2025-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2964449B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur qualitätsbeurteilung eines mittels eines generativen lasersinter- und/oder laserschmelzverfahrens hergestellten bauteils
DE102014212246B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Qualitätssicherung
EP3070674B1 (de) Verfahren zur qualitätsbeurteilung eines mittels eines additiven herstellungsverfahrens hergestellten bauteils
EP3488305B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ermittlung der bauteilqualität
DE102017108534A1 (de) Kontrolle eines additiven Fertigungsprozesses
EP3628473B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum ermitteln von fehlstellen von fasermaterialien
DE102016201290A1 (de) Verfahren zur Qualitätssicherung und Vorrichtung
EP3095591A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum zumindest bereichsweisen ermitteln einer kontur wenigstens einer generativ hergestellten bauteilschicht
EP2125339A1 (de) Verfahren zum herstellen eines dreidimensionalen objekts mittels lasersintern
EP3956736B1 (de) Computer-implementiertes verfahren zur bestimmung von defekten eines mittels eines additiven fertigungsprozesses hergestellten objekts
DE102018203444A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum selbstoptimierenden, additiven Herstellen von Bauteilkomponenten
DE102013104545A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen von Fehlstellen von abgelegten Faserhalbzeugen
EP3862833B1 (de) Verfahren zum verifizieren eines qualitätssicherungssystems
WO2020212108A1 (de) Kalibrierung einer zur überwachung eines additiven fertigungsverfahrens vorgesehenen kamera
EP3174655A1 (de) Kamerabasierte rauheitsbestimmung für generativ hergestellte bauteile
DE102015224395A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines Bauteils in Schichtbauweise, Verwendung einer Erfassungseinrichtung in einem Schichtbauverfahren
WO2020094672A1 (de) Verfahren zum betreiben einer fertigungseinrichtung und fertigungseinrichtung zum additiven fertigen eines bauteils aus einem pulvermaterial
DE102013201629A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur generativen und schichtweisen Herstellung eines Bauteils
EP4173741A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur überwachung eines laserbearbeitungsprozesses durch speckle-photometrie
EP3517233A1 (de) Schichtbauverfahren und schichtbauvorrichtung zum additiven herstellen zumindest eines bauteilbereichs eines bauteils
EP3746776B1 (de) Verfahren und elektronenstrahlanlage zur additiven herstellung eines werkstücks
EP4594999A1 (de) Bildverarbeitendes verfahren zur bestimmung einer prozessstörung und bildverarbeitungsvorrichtung
DE102020212858A1 (de) System zur Überwachung eines Schichtbauverfahrens
EP3676675B1 (de) Verfahren für den additiven aufbau einer struktur und computerprogrammprodukt
EP3335856B1 (de) Belichtungseinrichtung für eine vorrichtung zur additiven herstellung dreidimensionaler objekte

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20250429

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)