WO2022157310A1 - Verfahren und vorrichtung zum erstellen aussagekräftiger schnittkantenbilder - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum erstellen aussagekräftiger schnittkantenbilder Download PDF

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WO2022157310A1
WO2022157310A1 PCT/EP2022/051346 EP2022051346W WO2022157310A1 WO 2022157310 A1 WO2022157310 A1 WO 2022157310A1 EP 2022051346 W EP2022051346 W EP 2022051346W WO 2022157310 A1 WO2022157310 A1 WO 2022157310A1
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light source
cutting edge
angle
workpiece
cut edge
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PCT/EP2022/051346
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English (en)
French (fr)
Inventor
Leonie Felica Tatzel
Jens Ottnad
Janek STAHL
Christian Jauch
Original Assignee
Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Publication date
Application filed by Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg, Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. filed Critical Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G01B11/303—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces using photoelectric detection means

Definitions

  • the invention relates to a method for analyzing a cut edge of a workpiece.
  • the invention also relates to a device for analyzing a cutting edge.
  • DE 10 2008 024 806 A1 discloses a method for adjusting a profile processing machine with a camera.
  • DE 29 41 815 A1 discloses a device for automated part alignment.
  • DE 10 2004 050 428 A1 discloses a device for generating a plane of light for visualizing the effective direction of a working medium, for example an X-ray beam.
  • DE 197 58 214 A1 discloses an optical precision measuring device for determining the edge position, the edge gradient and the roughness parameters of stationary workpieces and for determining the diameter, the circular and cylindrical shape deviations in moving, rotationally symmetrical workpieces during the manufacturing process. This is done by evaluating the two-dimensional Fresnel diffraction pattern created in a distance sensor by laser illumination of object edges according to gradient, attenuation of the envelope, spatial frequency and contour lines.
  • DE 10 2017 211 680 A1 It has become known from DE 10 2017 211 680 A1 to use planes of light to create a crosshair on a workpiece surface. Furthermore, it has become known from DE 10 2017 211 680 A1 to form ring lights from light-emitting diode segments.
  • the generic DE 10 2013 107 639 A1 discloses a processing machine with an illumination device.
  • the lighting device can be designed in the form of a lighting ring with a plurality of LEDs which are inclined towards the optical axis of the lighting device.
  • the object of the invention is to provide a method and a device for significantly improved analysis of a cutting edge.
  • the object according to the invention is thus achieved by a method for analyzing a cut edge with the method step:
  • the cut edge is thus illuminated at an acute angle in the direction of the cut or against the direction of the cut. It has been shown that both the roughness (groove formation) and the bevel of the cutting edge can be captured particularly well with the camera.
  • the first light source can illuminate the cut edge at a minimum angle of more than 1°, in particular more than 3°, preferably more than 5°, particularly preferably more than 10°.
  • the first light source can illuminate the cut edge at a maximum angle of less than 30°, in particular less than 20°.
  • the angle can be selected depending on the material.
  • the bevel of the cutting edge is typically 1° to 3° for work pieces made of stainless steel, for example, and typically 5° to 10° for work pieces made of aluminum.
  • the angle is preferably selected in such a way that the cut edge is still completely illuminated by the first light source despite the edge bevel.
  • the cut edge is preferably illuminated at a very acute angle.
  • the cutting edge image is preferably recorded frontally to the cutting edge with the camera arranged in the plane of the workpiece.
  • the optical axis of the camera is preferably in the workpiece plane.
  • the workpiece is preferably a metal sheet.
  • the laser cutting is preferably carried out perpendicular to the workpiece plane.
  • the cut edge can be illuminated by a second light source when recording the cut edge image, the second light source being opposite the first light source, being arranged at a distance perpendicular to the workpiece plane and illuminating the cut edge at an angle of more than 0° and less than 45°.
  • the second light source can illuminate the cutting edge at a minimum angle of more than 1°, in particular more than 3°, preferably more than 5°, particularly preferably more than 10°.
  • the second light source can illuminate the cut edge at a maximum angle of less than 30°, in particular less than 20°.
  • the angle can be selected depending on the material. The angle is preferably selected in such a way that the cut edge is still completely illuminated by the second light source despite the edge bevel.
  • the second light source is preferably arranged on the workpiece plane mirrored to the first light source.
  • a cut edge image can be recorded with the camera when the light source or light sources are switched off.
  • the cut edge is only illuminated by background lighting and appears as a contour, making any burr formation on the cut edge particularly visible.
  • the crop edge may be illuminated by one or more of the following light sources when creating the crop edge image:
  • a frontal light source that illuminates the cutting edge frontally, i.e. in the direction of the workpiece plane;
  • the side light source and/or the further side light source can illuminate the cut edge at an angle of more than 1° and less than 30°, in particular at an angle of more than 2° and less than 20°.
  • the front light source and the further front light source are preferably designed to illuminate the cut edge in parallel.
  • the angled light source and the further angled light source are preferably arranged mirrored about a plane of symmetry running perpendicular to the plane of the workpiece.
  • the side light source and the further side light source are preferably arranged mirrored to one another with respect to a plane of symmetry running perpendicularly to the plane of the workpiece.
  • the light source(s) described can emphasize further details of the cut edge.
  • the light sources can be of the same design.
  • the light source(s) is/are preferably in the form of light-emitting diodes (LEDs).
  • the light source(s) can particularly preferably be embodied in the form of high-power LEDs, in particular in the form of warm-white LEDs.
  • the light sources are ⁇ 40%, in particular ⁇ 25%, preferably ⁇ 20%, particularly preferably ⁇ 15%, equidistant from the center of the cutting edge.
  • the light sources can be arranged hemispherically around the center of the cutting edge.
  • the light sources can be controlled via a DiglO card or a DiglO board. This enables individual light sources to be controlled by a computer.
  • Front light source other front light source, angled light source and other angled light source on, all other light sources off;
  • Front light source further front light source and first light source on; all other light sources off.
  • the creation of the cutting edge image with a camera can be carried out in a structurally particularly simple and cost-efficient manner if the camera is part of a smartphone.
  • the cutting edge image can be transmitted from the smartphone to a computer via a suitable interface, in particular via an Android Debugging Bridge (ADB).
  • ADB Android Debugging Bridge
  • the method according to the invention can have the following method step:
  • a convolutional neural network in particular one of the following neural networks, is preferably used as the neural network:
  • AlexNet Alex Krizhevsky, Imagenet classification with deep convolutional neural networks, Communications of the ACM 60.6, pg. 84-90 (2017);
  • MobileNet Andrew G. Howard, MobileNets: Efficient Convolutional Neural Networks for Mobile Vision Applications, CoRR, abs/1704.04861, (2017);
  • Xception Francois Chollet, Xception: Deep Learning with Depthwise Separable Convolutions, CoRR, abs/1610.02357, (2016).
  • the cutting edge image can be processed better, in particular for the neural network, and has a higher density of relevant information, so that the analysis quality, in particular by the neural network, is improved.
  • the object of the invention is further achieved by a device for analyzing a cut edge, in particular with a method described here, the device having the following: a) A workpiece holder, in particular for placing a workpiece with a cut edge, with the workpiece support being parallel to the workpiece plane of the placed one workpiece extends; b) a camera for capturing a cut edge image; c) A first light source, wherein the first light source is spaced perpendicularly to the workpiece plane and can be arranged to illuminate the cut edge at an angle of more than 0° and less than 45°.
  • the device according to the invention makes it possible to create a particularly meaningful cut edge image.
  • the first light source can be arranged at a minimum angle of more than 1°, in particular more than 3°, preferably more than 5°, particularly preferably more than 10°.
  • the first light source can be arranged at a maximum angle of less than 30°, in particular less than 20°, to the cutting edge.
  • the angle of the first light source to the cutting edge is preferably chosen depending on the material.
  • the workpiece with the cutting edge can be part of the device.
  • the cutting edge is particularly preferably designed as a cutting edge cut with a beam, in particular a laser.
  • the workpiece is preferably in the form of a metal sheet.
  • the device can have a second light source, which is opposite the first light source and can be arranged at an angle of more than 0° and less than 45° to the cutting edge.
  • the second light source can be arranged at a minimum angle of more than 1°, in particular more than 3°, preferably more than 5°, particularly preferably more than 10°.
  • the second light source can be arranged at a maximum angle of less than 30°, in particular less than 20°, to the cutting edge.
  • the angle of the second light source to the cutting edge is preferably chosen depending on the material.
  • the second light source is preferably arranged mirrored about the workpiece plane with respect to the first light source.
  • the device may include one or more of the following light sources:
  • a frontal light source through which the cutting edge can be frontally illuminated
  • the side light source and/or the further side light source can be arranged to illuminate the cut edge at an angle of more than 1° and less than 30°, in particular at an angle of more than 2° and less than 20°.
  • the front light source and the further front light source are preferably designed to illuminate the cut edge in parallel.
  • the angled light source and the further angled light source are preferably arranged mirrored about a plane of symmetry running perpendicular to the plane of the workpiece.
  • the side light source and the further side light source are preferably arranged mirrored to a plane of symmetry running perpendicular to the plane of the workpiece.
  • the light sources can be of the same design.
  • the light source(s) is/are preferably in the form of light-emitting diodes (LEDs).
  • the light source(s) can particularly preferably be embodied in the form of high-power LEDs, in particular in the form of warm-white LEDs.
  • the light sources are ⁇ 40%, in particular ⁇ 25%, preferably ⁇ 20%, particularly preferably ⁇ 15%, equidistant from the center of the cutting edge.
  • the light sources can be arranged hemispherically around the center of the cutting edge.
  • the light sources can be controlled via a DiglO card or a DiglO board of the device.
  • the device can have a smartphone, with the camera being designed in the form of a smartphone camera.
  • the cutting edge image can be transmitted from the smartphone to a computer via a suitable interface, in particular via an Android Debugging Bridge (ADB).
  • ADB Android Debugging Bridge
  • the device can have a computer with a trained neural network, in which case the cut edge image can be supplied to the neural network in order to determine and output the roughness, the cut edge bevel and/or the burr formation.
  • a convolutional neural network in particular one of the following neural networks mentioned above, is preferably used as the neural network: AlexNet, MobileNet, Xception.
  • the computer can have an algorithm which is designed to split the intersection image before supplying the intersection image to the neural network and to combine it into a square intersection image.
  • FIG. 1a shows a schematic of a device according to the invention with a plurality of light sources and a camera for creating a meaningful cut edge image in plan view.
  • Fig. Lb shows schematically the device from Fig. La in side view.
  • FIG 2 shows an isometric view of the device according to the invention.
  • Fig. 3 shows a circuit diagram of the device for driving the light sources and the camera.
  • Figs. 4a-4n show cutting edge images that were recorded with different light sources switched on and off.
  • FIG. 1a and 1b show a device 10 for creating at least one cut edge image of a cut edge 12 of a workpiece 14.
  • FIG. 1a shows the device 10 in a top view
  • FIG. 1b shows the device 10 in a side view.
  • the Figs. la and lb are described together below.
  • the cut edge 12 is produced in a method step A) with a beam, in particular a laser beam, the cutting direction of which is indicated by an arrow 16 .
  • the cutting direction is understood to be the direction of the axis of the beam, here the optical axis of the laser beam.
  • the workpiece 14 is preferably cut perpendicularly to the workpiece plane 18 .
  • the workpiece plane 18 is understood to mean a plane that extends infinitely far and runs through the center of the workpiece 14 .
  • At least one cutting edge image is created with a camera 20 in method step B).
  • the camera 20 is part of a smartphone 22.
  • Several cutting edge images can be created with different lighting.
  • a first light source 24 is provided to illuminate the cut edge 12 .
  • a second light source 26 lying opposite the first light source 24 can be provided.
  • the first light source 24 illuminates the cutting edge 12 almost parallel to the cutting direction 16 and the second light source 26 illuminates the cutting edge 12 almost antiparallel to the cutting direction 16.
  • the first light source 24 it is also possible for the first light source 24 to illuminate the cutting edge 12 almost antiparallel or the second Light source 26 illuminates the cut edge 12 almost in parallel.
  • the first light source 24 and the second light source 26 are arranged at a significant distance from the workpiece plane 18 and illuminate the cut edge 12 in one acute angle wl. As a result, details of the cutting edge 12 are particularly clearly visible.
  • One or more of the following light sources can be provided to illuminate the cutting edge 12:
  • a frontal light source 28 which illuminates the cut edge 12 frontally, i.e. in the direction of the workpiece plane 18;
  • a further angled light source 36 which illuminates the cutting edge 12 in the workpiece plane 18 at an angle w2 of approximately 45° to the optical axis 34 of the camera 20;
  • a side light source 38 which illuminates the cutting edge 12 in the workpiece plane 18 at an acute angle w3 to the longitudinal axis 40 of the cutting edge 12;
  • Another side light source 42 that illuminates the cut edge 12 in the workpiece plane 18 at an angle w3 to the longitudinal axis 40 of the cut edge 12 .
  • the longitudinal axis 40 of the cutting edge 12 is understood to be an infinitely extending axis running through the center of the cutting edge 12 .
  • angles w1 and w3 are preferably equal.
  • FIG. 2 shows another view of the device 10. From FIG. 2 it can be seen that the device 10 has a workpiece holder 44 for receiving, in particular supporting, the workpiece 14 with the cutting edge 12.
  • the device 10 has a smartphone holder 46 for the smartphone 22 . Furthermore, the device 10 has a light source holder 48 for the light sources 24, 26, 28, 30, 32, 36, 38, 42 (see FIGS. 1a, 1b; in FIG. 2 only the side light source 38 is clearly visible).
  • the smartphone holder 46 and/or the light source holder 48 can have at least one profile bar 50, in particular a plurality of profile bars (not provided with reference numbers for reasons of clarity), in particular in the form of an aluminum profile bar or in the form of aluminum profile bars, in order to allow flexible adjustment of the To allow device 10.
  • the device 10 can furthermore have a perforated plate 52 for the flexible mounting of the device 10 .
  • FIGS. 1a, 1b show a circuit diagram of the device 10.
  • the light sources 24, 26, 28, 30, 32, 36, 38, 42 are shown schematically in the form of circles.
  • a computer 54 is provided for controlling the light sources 24 , 26 , 28 , 30 , 32 , 36 , 38 , 42 and the smartphone 22 or the camera 20 .
  • the light sources 24, 26, 28, 30, 32, 36, 38, 42 can be switched on and off via a DiglO board or a DiglO card 56.
  • the computer 54 can have a neural network 58 .
  • the neural network 58 can be trained to analyze the at least one recorded cutting edge image, in particular several recorded cutting edge images, and to identify features of the cutting edge 12 (see FIGS. 1a, 1b and 2), in particular in a method step D).
  • the neural network 58 is preferably trained to determine the roughness, cut edge bevel and/or burr formation of the cut edge 12 (see FIGS. 1a, 1b and 2).
  • the neural network 58 can be part of an algorithm 60 .
  • the algorithm 60 can be designed for this purpose, in particular in a method step C), before the analysis of the cutting edge image or the cutting edge images by the neuronal Network 58 to split the cutting edge image or images and output them in square form.
  • the cutting edge image or images can be better processed by the neural network 58 and the information content of the cutting edge image or images is increased.
  • Figs. 4a to 4n show the same cutting edge 12 (see Figs. La, lb and 2) with different illuminations by the light sources 24, 26, 28, 30, 32, 36, 38, 42 (see Figs. La, lb).
  • the light sources are switched on and off as follows:
  • Fig. 4b frontal light source 28 and further frontal light source 30 on, all further light sources 24, 26, 32, 36, 38, 42 off;
  • Fig. 4d frontal light source 28, further frontal light source 30, angled light source 32 and further angled light source 36 on, all further light sources 24, 26, 38, 42 off;
  • side light source 38 side light source 38, further side light source 42, first light source 24 and second light source 26; all other light sources 28, 30, 32, 36 off;
  • Fig. 4g Additional side light source 42 on; all other light sources 24, 26, 28, 30, 32, 36, 38 off;
  • Fig. 4j angle light source 32 on; all other light sources 24, 26, 28, 30, 36, 38, 42 off; • Fig. 4k: further angle light source 36 on; all other light sources 24, 26, 28, 30, 32, 38, 42 off;
  • Fig. 41 side light source 38 and further side light source 42 on; all other light sources 24, 26, 28, 30, 32, 36 off;
  • Fig. 4n frontal light source 28, further frontal light source 30 and first light source 24; all other light sources 26, 32, 36, 38, 42 off.
  • the neural network 58 (see FIG. 3) from the cut edge image according to FIG. 4a (all light sources 24, 26, 28, 30, 32, 36, 38, 42 off, only background lighting on) is most suitable is to determine the burr formation of the cut edge 12 (see Figs. La, lb and 2).
  • the invention relates to a device 10 for analyzing a cut edge 12 of a workpiece 14.
  • the workpiece 14 can be held in a workpiece holder 44 in order to illuminate the cut edge 12 with a first light source 24 at an acute angle wl .
  • the illumination by the first light source 24 is preferably parallel or anti-parallel to the cutting direction 16 of the cutting edge 12 up to a few degrees.
  • the illumination is by the first light source 24 at an acute angle wl to a plane which extends perpendicularly to the workpiece plane 18 in the direction of the longitudinal axis 40 of the cutting edge 12.
  • the first light source 24 is preferably arranged offset parallel to the workpiece plane 18 .
  • the device 10 has a camera 20 whose optical axis 34 preferably extends in the workpiece plane 18 .
  • a computer 54 can have an algorithm 60, in particular with a neural network 58, in order to analyze cutting edge images created with the camera 20.
  • the invention also relates to a method for analyzing the cut edge 12, in particular with such a device 10.
  • Cutting edge 12 w2 Angle of the angled light sources 32, 34 to the optical axis 34 of the camera 20 w3 Angle of the side light sources 38, 42 to the longitudinal axis 40 of the cutting edge 12

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur Analyse einer Schnittkante (12) eines Werkstücks (14). Das Werkstück (14) kann in einem Werkstückhalter gehalten werden, um die Schnittkante (12) mit einer ersten Lichtquelle (24) in einem spitzen Winkel (w1) zu beleuchten. Die Beleuchtung durch die erste Lichtquelle (24) erfolgt vorzugsweise bis auf wenige Grad parallel oder antiparallel zur Schnittrichtung (16) der Schnittkante (12). Die erste Lichtquelle (24) ist dabei vorzugsweise parallel versetzt zur Werkstückebene (18) angeordnet. Mit anderen Worten erfolgt die Beleuchtung durch die erste Lichtquelle (24) in einem spitzen Winkel (w1) zu einer Ebene, die sich senkrecht zur Werkstückebene (18) in Richtung der Längsachse der Schnittkante (12) erstreckt. Die erste Lichtquelle 24 ist dabei vorzugsweise parallel versetzt zur Werkstückebene (18) angeordnet. Die Vorrichtung (10) weist eine Kamera (20) auf, deren optische Achse (34) sich vorzugsweise in der Werkstückebene (18) erstreckt. Ein Rechner kann einen Algorithmus, insbesondere mit einem neuronalen Netz, aufweisen, um mit der Kamera (20) erstellte Schnittkantenbilder zu analysieren. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Analyse der Schnittkante (12), insbesondere mit einer solchen Vorrichtung (10).

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erstellen aussagekräftiger Schnittkantenbilder
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse einer Schnittkante eines Werkstücks. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Analyse einer Schnitt - kante.
Es ist bekannt, Schnittkanten von Werkstücken mit einer Kamera zu analysieren.
Die DE 10 2008 024 806 Al offenbart ein Verfahren zum Justieren einer Profilbe- arbeitungsmaschine mit einer Kamera. Aus der DE 29 41 815 Al ist eine Vorrichtung zur automatisierten Teileausrichtung bekannt geworden.
Die DE 10 2004 050 428 Al offenbart eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Lichtebene zur Visualisierung der Wirkrichtung eines Arbeitsmittels, beispielsweise eines Röntgenstrahls.
Die DE 197 58 214 Al offenbart eine optische Präzisionsmesseinrichtung zur Bestimmung der Kantenposition, der Kantensteigung und der Rauhigkeitskenngrößen von unbewegten Werkstücken sowie zur Bestimmung des Durchmessers, der Kreis- und Zylinderformabweichungen bei bewegten rotationssymmetrischen Werkstücken während des Fertigungsprozesses. Dies, indem das in einem Abstandssensor durch Laserbeleuchtung von Objektkanten entstehende zweidimensionale Fresnel'sche Beugungsbild nach Steigung, Dämpfung der Einhüllenden, der Ortsfrequenz und nach Höhenlinien ausgewertet wird.
Aus der DE 10 2017 211 680 Al ist es bekannt geworden, Lichtebenen zur Erstellung eines Fadenkreuzes auf einer Werkstückoberfläche einzusetzen. Weiterhin ist es aus der DE 10 2017 211 680 Al bekannt geworden, Ringlichter aus Leuchtdiodensegmenten auszubilden.
Die gattungsgemäße DE 10 2013 107 639 Al offenbart eine Bearbeitungsmaschine mit einer Beleuchtungseinrichtung. Die Beleuchtungseinrichtung kann in Form eines Beleuchtungsrings mit mehreren LEDs ausgebildet sein, die zur optischen Achse der Beleuchtungseinrichtung hin geneigt sind.
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Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur signifikant verbesserten Analyse einer Schnittkante bereit zu stellen. Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 10. Die abhängigen Ansprüche geben bevorzugte Weiterbildungen wieder.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird somit gelöst durch ein Verfahren zur Analyse einer Schnittkante mit dem Verfahrensschritt:
B) Beleuchten einer Schnittkante mit einer ersten Lichtguelle und Aufnehmen eines Schnittkantenbildes mit einer Kamera, wobei die erste Lichtguelle senkrecht beabstandet zur Werkstückebene angeordnet ist und die Schnittkante in einem Winkel von mehr als 0° und weniger als 45° beleuchtet.
Die Schnittkante wird somit unter spitzem Winkel in Schnittrichtung oder gegen die Schnittrichtung beleuchtet. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch sowohl die Rauigkeit (Riefenbildung) als auch die Schnittkantenschräge besonders gut mit der Kamera erfassbar sind.
Die erste Lichtguelle kann die Schnittkante in einem minimalen Winkel von mehr als 1°, insbesondere mehr als 3°, vorzugsweise mehr als 5°, besonders bevorzugt mehr als 10° beleuchten. Die erste Lichtguelle kann die Schnittkante in einem maximalen Winkel von weniger als 30°, insbesondere weniger als 20°, beleuchten.
Der Winkel kann dabei materialabhängig gewählt werden. Die Kantenschräge der Schnittkante beträgt beispielsweise bei Werkstücken aus Edelstahl typischerweise 1° bis 3°, bei Werkstücken aus Aluminium typischerweise 5° bis 10°. Der Winkel wird vorzugsweise so gewählt, dass die Schnittkante durch die erste Lichtguelle trotz Kantenschräge noch vollständig ausgeleuchtet wird.
Mit anderen Worten wird die Schnittkante vorzugsweise unter sehr spitzem Winkel beleuchtet. Das Aufnehmen des Schnittkantenbildes erfolgt vorzugsweise frontal zur Schnittkante bei in der Werkstückebene angeordneter Kamera. Mit anderen Worten befindet sich beim Aufnehmen des Schnittkantenbildes die optische Achse der Kamera vorzugsweise in der Werkstückebene.
Besonders bevorzugt wird vor dem Verfahrensschritt B) folgender Verfahrensschritt durchgeführt:
A) Strahlschneiden, insbesondere Laserschneiden, des Werkstücks zum
Erstellen der Schnittkante.
Bei dem Werkstück handelt es sich dabei vorzugsweise um ein Metallblech. Das Laserschneiden erfolgt bevorzugt senkrecht zur Werkstückebene.
Die Schnittkante kann beim Aufnehmen des Schnittkantenbildes von einer zweiten Lichtquelle beleuchtet werden, wobei die zweite Lichtquelle der ersten Lichtquelle gegenüberliegt, senkrecht zur Werkstückebene beabstandet angeordnet ist und die Schnittkante in einem Winkel von mehr als 0° und weniger als 45° beleuchtet.
Hierdurch wird die Schnittkante sowohl in Schnittrichtung als auch gegen die Schnittrichtung beleuchtet, wodurch eine homogenere Ausleuchtung erfolgt. Die zweite Lichtquelle kann die Schnittkante in einem minimalen Winkel von mehr als 1°, insbesondere mehr als 3°, vorzugsweise mehr als 5°, besonders bevorzugt mehr als 10° beleuchten. Die zweite Lichtquelle kann die Schnittkante in einem maximalen Winkel von weniger als 30°, insbesondere weniger als 20°, beleuchten. Der Winkel kann dabei materialabhängig gewählt werden. Der Winkel wird vorzugsweise so gewählt, dass die Schnittkante trotz Kantenschräge noch vollständig durch die zweite Lichtquelle ausgeleuchtet wird.
Die zweite Lichtquelle ist vorzugsweise an der Werkstückebene gespiegelt zur ersten Lichtquelle angeordnet. Vor oder nach dem Verfahrensschritt B) kann mit der Kamera ein Schnittkantenbild bei ausgeschalteter Lichtquelle bzw. ausgeschalteten Lichtquellen aufgenommen werden.
Bei ausgeschalteter Lichtquelle bzw. ausgeschalteten Lichtquellen wird die Schnittkante lediglich durch Hintergrundbeleuchtung erhellt und erscheint als Kontur, wodurch eine Gratbildung der Schnittkante besonders gut sichtbar wird.
Zusätzlich dazu kann die Schnittkante beim Erstellen des Schnittkantenbildes von einer oder mehreren der folgenden Lichtquellen beleuchtet werden:
• Einer Frontallichtquelle, die die Schnittkante frontal, d.h. in Richtung der Werkstückebene, beleuchtet;
• einer weiteren Frontallichtquelle, die die Schnittkante frontal beleuchtet;
• einer Winkellichtquelle, die die Schnittkante in der Werkstückebene in einem Winkel zwischen 30° und 60° beleuchtet;
• einer der Winkellichtquelle gegenüberliegenden weiteren Winkellichtquelle, die die Schnittkante in der Werkstückebene in einem Winkel zwischen 30° und 60° beleuchtet;
• einer Seitenlichtquelle, die die Schnittkante in der Werkstückebene in einem Winkel von mehr als 0° und weniger als 45° beleuchtet;
• einer der Seitenlichtquelle gegenüberliegenden weiteren Seitenlichtquelle, die die Schnittkante in der Werkstückebene in einem Winkel von mehr als 0° und weniger als 45° beleuchtet.
Die Seitenlichtquelle und/oder die weitere Seitenlichtquelle kann/können die Schnittkante in einem Winkel von mehr als 1° und weniger als 30°, insbesondere in einem Winkel von mehr als 2° und weniger als 20°, beleuchten.
Die Frontallichtquelle und die weitere Frontallichtquelle sind vorzugsweise zum parallelen Beleuchten der Schnittkante ausgebildet. Die Winkellichtquelle und die weitere Winkellichtquelle sind vorzugsweise um eine senkrecht zur Werkstückebene verlaufende Symmetrieebene gespiegelt angeordnet. Die Seitenlichtquelle und die weitere Seitenlichtquelle sind vorzugsweise zueinander gespiegelt zu einer senkrecht zur Werkstückebene verlaufenden Symmetrieebene angeordnet.
Die beschriebene(n) Lichtquelle(n) kann/können weitere Details der Schnittkante hervorheben. Die Lichtquellen können gleich ausgebildet sein. Die Lichtquelle(n) ist/sind vorzugsweise in Form von Leuchtdioden (LEDs) ausgebildet. Die Licht- quelle(n) kann/können besonders bevorzugt in Form von high power LEDs, insbesondere in Form von Warm-White-LEDs, ausgebildet sein.
Weiter bevorzugt sind die Lichtquellen ±40%, insbesondere ±25%, vorzugsweise ±20%, besonderes bevorzugt ±15%, gleich weit zur Mitte der Schnittkante beab- standet. Die Lichtquellen können halbkugelförmig um die Mitte der Schnittkante angeordnet sein.
Das Ansteuern der Lichtquellen kann über eine DiglO-Card bzw. ein DiglO-Board erfolgen. Dies ermöglicht das Ansteuern einzelner Lichtquellen durch einen Rechner.
Es können mehrere Schnittkantenbilder aufgenommen werden, wobei die Schnittkante beim Aufnehmen der jeweiligen Schnittkantenbilder wie folgt - in beliebiger Reihenfolge - beleuchtet wird:
• Alle Lichtquellen aus;
• Frontallichtquelle und weitere Frontallichtquelle an, alle weiteren Lichtquellen aus;
• Winkellichtquelle und weitere Winkellichtquelle an, alle weiteren Lichtquellen aus;
• Frontallichtquelle, weitere Frontallichtquelle, Winkellichtquelle und weitere Winkellichtquelle an, alle weiteren Lichtquellen aus;
• Seitenlichtquelle, weitere Seitenlichtquelle, erste Lichtquelle und zweite Lichtquelle an; alle weiteren Lichtquellen aus;
• Seitenlichtquelle an; alle weiteren Lichtquellen aus;
• weitere Seitenlichtquelle an; alle weiteren Lichtquellen aus;
• erste Lichtquelle an; alle weiteren Lichtquellen aus; • zweite Lichtquelle an; alle weiteren Lichtquellen aus;
• Winkellichtquelle an; alle weiteren Lichtquellen aus;
• weitere Winkellichtquelle an; alle weiteren Lichtquellen aus;
• Seitenlichtquelle und weitere Seitenlichtquelle an; alle weiteren Lichtquellen aus;
• erste Lichtquelle und zweite Lichtquelle an; alle weiteren Lichtquellen aus;
• Frontallichtquelle, weitere Frontallichtquelle und erste Lichtquelle an; alle weiteren Lichtquellen aus.
Hierdurch kann ein aussagekräftiges Set an Schnittkantenbildern erstellt werden, um eine besonders zutreffende Charakterisierung der Schnittkante zu ermöglichen.
Das Erstellen des Schnittkantenbildes mit einer Kamera kann konstruktiv besonders einfach und kosteneffizient erfolgen, wenn die Kamera Teil eines Smartphones ist.
Die Übertragung des Schnittkantenbildes vom Smartphone an einen Rechner kann über eine geeignete Schnittstelle, insbesondere über eine Android Debugging Bridge (ADB), erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann folgenden Verfahrensschritt aufweisen:
D) Zuführen des Schnittkantenbildes an ein trainiertes neuronales Netz, wobei das neuronale Netz anhand des Schnittkantenbildes die Rauigkeit, die Schnittkantenschräge und/oder die Gratbildung der Schnittkante ermittelt und ausgibt.
Als neuronales Netz wird vorzugsweise ein faltendes neuronales Netz, insbesondere eines der folgenden neuronalen Netze, eingesetzt:
• AlexNet: Alex Krizhevsky, Imagenet classification with deep convolutional neural networks, Communications of the ACM 60.6, pg. 84-90 (2017);
• MobileNet: Andrew G. Howard, MobileNets: Efficient Convolutional Neural Networks for Mobile Vision Applications, CoRR, abs/1704.04861, (2017); Xception : Francois Chollet, Xception: Deep Learning with Depthwise Separable Convolutions, CoRR, abs/1610.02357, (2016).
Weiter bevorzugt wird vor dem Verfahrensschritt D) folgender Verfahrensschritt durchgeführt:
C) Teilen des Schnittkantenbildes und Zusammenfügen zu einem quadratischen Schnittkantenbild.
Durch dieses Preprocessing ist das Schnittkantenbild, insbesondere für das neuronale Netz, besser verarbeitbar und weist eine höhere Dichte relevanter Informationen auf, sodass die Analysequalität, insbesondere durch das neuronale Netz, verbessert wird.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung zur Analyse einer Schnittkante, insbesondere mit einem hier beschriebenen Verfahren, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: a) Einen Werkstückhalter, insbesondere zum Auflegen eines Werkstücks mit einer Schnittkante, wobei sich die Werkstückauflage parallel zur Werkstückebene des aufgelegten Werkstücks erstreckt; b) eine Kamera zum Aufnehmen eines Schnittkantenbildes; c) Eine erste Lichtquelle, wobei die erste Lichtquelle senkrecht zur Werkstückebene beabstandet und zum Beleuchten der Schnittkante in einem Winkel von mehr als 0° und weniger als 45° anordenbar ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht das Erstellen eines besonders aussagekräftigen Schnittkantenbildes.
Die erste Lichtquelle kann in einem minimalen Winkel von mehr als 1°, insbesondere mehr als 3°, vorzugsweise mehr als 5°, besonders bevorzugt mehr als 10° anordenbar sein. Die erste Lichtquelle kann in einem maximalen Winkel von weniger als 30°, insbesondere weniger als 20°, zur Schnittkante anordenbar sein. Der Winkel der ersten Lichtquelle zur Schnittkante ist vorzugsweise materialabhängig gewählt. Das Werkstück mit der Schnittkante kann Teil der Vorrichtung sein. Besonders bevorzugt ist die Schnittkante dabei als eine mit einem Strahl, insbesondere Laser, geschnittene Schnittkante ausgebildet. Das Werkstück ist bevorzugt in Form eines Metallblechs ausgebildet.
Die Vorrichtung kann eine zweite Lichtquelle aufweisen, die der ersten Lichtquelle gegenüberliegt und in einem Winkel von mehr als 0° und weniger als 45° zur Schnittkante anordenbar ist.
Die zweite Lichtquelle kann in einem minimalen Winkel von mehr als 1°, insbesondere mehr als 3°, vorzugsweise mehr als 5°, besonders bevorzugt mehr als 10° anordenbar sein. Die zweite Lichtquelle kann in einem maximalen Winkel von weniger als 30°, insbesondere weniger als 20°, zur Schnittkante anordenbar sein. Der Winkel der zweiten Lichtquelle zur Schnittkante ist vorzugsweise materialabhängig gewählt.
Die zweite Lichtquelle ist vorzugsweise um die Werkstückebene gespiegelt zur ersten Lichtquelle angeordnet.
Die Vorrichtung kann eine oder mehrere der folgenden Lichtquellen aufweisen:
• Eine Frontallichtquelle, durch die die Schnittkante frontal beleuchtbar ist;
• eine weitere Frontallichtquelle, durch die die Schnittkante frontal beleuchtbar ist;
• eine Winkellichtquelle in der Werkstückebene, durch die die Schnittkante in einem Winkel zwischen 30° und 60° beleuchtbar ist;
• eine der Winkellichtquelle gegenüberliegende weitere Winkellichtquelle in der Werkstückebene, durch die die Schnittkante in einem Winkel zwischen 30° und 60° beleuchtbar ist;
• eine Seitenlichtquelle in der Werkstückebene, durch die die Schnittkante in einem Winkel von mehr als 0° und weniger als 45° beleuchtbar ist; eine der Seitenlichtquelle gegenüberliegende weitere Seitenlichtquelle in der Werkstückebene, durch die die Schnittkante in einem Winkel von mehr als 0° und weniger als 45° beleuchtbar ist.
Die Seitenlichtquelle und/oder die weitere Seitenlichtquelle kann/können zur Beleuchtung der Schnittkante in einem Winkel von mehr als 1° und weniger als 30°, insbesondere in einem Winkel von mehr als 2° und weniger als 20°, angeordnet sein.
Die Frontallichtquelle und die weitere Frontallichtquelle sind vorzugsweise zum parallelen Beleuchten der Schnittkante ausgebildet. Die Winkellichtquelle und die weitere Winkellichtquelle sind vorzugsweise um eine senkrecht zur Werkstückebene verlaufende Symmetrieebene gespiegelt angeordnet. Die Seitenlichtquelle und die weitere Seitenlichtquelle sind vorzugsweise gespiegelt zu einer senkrecht zur Werkstückebene verlaufenden Symmetrieebene angeordnet.
Die Lichtquellen können gleich ausgebildet sein. Die Lichtquelle(n) ist/sind vorzugsweise in Form von Leuchtdioden (LEDs) ausgebildet. Die Lichtquelle(n) kann/können besonders bevorzugt in Form von high power LEDs, insbesondere in Form von Warm-White-LEDs, ausgebildet sein.
Weiter bevorzugt sind die Lichtquellen ±40%, insbesondere ±25%, vorzugsweise ±20%, besonderes bevorzugt ±15%, gleich weit zur Mitte der Schnittkante beab- standet. Die Lichtquellen können halbkugelförmig um die Mitte der Schnittkante angeordnet sein.
Das Ansteuern der Lichtquellen kann über eine DiglO-Card bzw. ein DiglO-Board der Vorrichtung erfolgen.
Die Vorrichtung kann ein Smartphone aufweisen, wobei die Kamera in Form einer Smartphonekamera ausgebildet ist. Die Übertragung des Schnittkantenbildes vom Smartphone an einen Rechner kann über eine geeignete Schnittstelle, insbesondere über eine Android Debugging Bridge (ADB), erfolgen.
Die Vorrichtung kann einen Rechner mit einem trainierten neuronalen Netz aufweisen, wobei das Schnittkantenbild dem neuronalen Netz zuführbar ist, um die Rauigkeit, die Schnittkantenschräge und/oder die Gratbildung zu ermitteln und auszugeben.
Als neuronales Netz wird vorzugsweise ein faltendes neuronales Netz, insbesondere eines der vorgenannten folgenden neuronalen Netze, eingesetzt: AlexNet, MobileNet, Xception.
Der Rechner kann einen Algorithmus aufweisen, der dazu ausgebildet ist, das Schnittkantenbild vor dem Zuführen des Schnittkantenbildes an das neuronale Netz das Schnittkantenbild zu teilen und zu einem quadratischen Schnittkantenbild zusammenzufügen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung und Zeichnung
Fig. la zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit mehreren Lichtquellen und einer Kamera zum Erstellen eines aussagekräftigen Schnittkantenbildes in der Draufsicht.
Fig. lb zeigt schematisch die Vorrichtung aus Fig. la in der Seitenansicht.
Fig. 2 zeigt eine isometrische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 3 zeigt ein Schaltbild der Vorrichtung zum Ansteuern der Lichtquellen und der Kamera. Fign. 4a-4n zeigen Schnittkantenbilder, die bei verschieden an- bzw. ausgeschalteten Lichtquellen aufgenommen wurden.
Die Fign. la und 1b zeigen eine Vorrichtung 10 zum Erstellen zumindest eines Schnittkantenbildes einer Schnittkante 12 eines Werkstücks 14. Fig. la zeigt dabei die Vorrichtung 10 in einer Draufsicht, Fig. lb zeigt die Vorrichtung 10 in einer Seitenansicht. Die Fign. la und lb werden nachfolgend gemeinsam beschrieben.
Die Schnittkante 12 wird in einem Verfahrensschritt A) mit einem Strahl, insbesondere Laserstrahl, erzeugt, dessen Schnittrichtung mit einem Pfeil 16 angedeutet ist. Unter der Schnittrichtung wird dabei die Richtung der Achse des Strahls, hier der optischen Achse des Laserstrahls, verstanden. Das Schneiden des Werkstücks 14 erfolgt vorzugsweise senkrecht zur Werkstückebene 18. Unter der Werkstückebene 18 wird dabei eine sich unendlich weit erstreckende, durch die Mitte des Werkstücks 14 verlaufende Ebene verstanden.
Im Verfahrensschritt B) wird zumindest ein Schnittkantenbild mit einer Kamera 20 erstellt. Im vorliegenden Fall ist die Kamera 20 Teil eines Smartphones 22. Das Erstellen mehrerer Schnittkantenbilder kann bei verschiedenen Beleuchtungen erfolgen.
Zur Beleuchtung der Schnittkante 12 ist eine erste Lichtquelle 24 vorgesehen. Zusätzlich dazu kann eine der ersten Lichtquelle 24 gegenüberliegende zweite Lichtquelle 26 vorgesehen sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel beleuchtet die erste Lichtquelle 24 die Schnittkante 12 nahezu parallel zur Schnittrichtung 16 und die zweite Lichtquelle 26 die Schnittkante 12 nahezu antiparallel zur Schnittrichtung 16. Es ist jedoch auch möglich, dass die erste Lichtquelle 24 die Schnittkante 12 nahezu antiparallel bzw. die zweite Lichtquelle 26 die Schnittkante 12 nahezu parallel beleuchtet.
Die erste Lichtquelle 24 und die zweite Lichtquelle 26 sind signifikant beabstandet zur Werkstückebene 18 angeordnet und beleuchten die Schnittkante 12 in einem spitzen Winkel wl. Hierdurch werden Details der Schnittkante 12 besonders gut sichtbar.
Zur Beleuchtung der Schnittkante 12 kann/können eine oder mehrere der folgenden Lichtquellen vorgesehen sein:
• Eine Frontallichtquelle 28, die die Schnittkante 12 frontal, d.h. in Richtung der Werkstückebene 18, beleuchtet;
• eine weitere Frontallichtquelle 30, die die Schnittkante 12 frontal beleuchtet;
• eine Winkellichtquelle 32, die die Schnittkante 12 in der Werkstückebene 18 in einem Winkel w2 von ca. 45° zur optischen Achse 34 der Kamera 20 beleuchtet;
• eine weitere Winkellichtquelle 36, die die Schnittkante 12 in der Werkstückebene 18 im Winkel w2 von ca. 45° zur optischen Achse 34 der Kamera 20 beleuchtet;
• eine Seitenlichtquelle 38, die die Schnittkante 12 in der Werkstückebene 18 in einem spitzen Winkel w3 zur Längsachse 40 der Schnittkante 12 beleuchtet;
• eine weitere Seitenlichtquelle 42, die die Schnittkante 12 in der Werkstückebene 18 im Winkel w3 zur Längsachse 40 der Schnittkante 12 beleuchtet.
Unter der Längsachse 40 der Schnittkante 12 wird dabei eine sich unendlich erstreckende, durch die Mitte der Schnittkante 12 verlaufende Achse verstanden.
Die Winkel wl und w3 sind vorzugsweise gleich groß.
Wie aus den Fign. la und lb ersichtlich ist, weisen die Lichtquellen 24, 26, 28, 30, 32, 36, 38, 42 im Wesentlichen denselben Abstand zur Mitte der Schnittkante 12, d.h. dem Kreuzungspunkt zwischen der optischen Achse 34 und der Längsachse 40, auf. Die Lichtquellen 24, 26, 28, 30, 32, 36, 38, 42 sind im Wesentlichen halbkugelförmig zur Mitte der Schnittkante 12 angeordnet. Fig. 2 zeigt eine weitere Ansicht der Vorrichtung 10. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass die Vorrichtung 10 einen Werkstückhalter 44 zur Aufnahme, insbesondere Auflage, des Werkstücks 14 mit der Schnittkante 12 aufweist.
Die Vorrichtung 10 weist einen Smartphonehalter 46 für das Smartphone 22 auf. Weiterhin weist die Vorrichtung 10 einen Lichtquellenhalter 48 für die Lichtquellen 24, 26, 28, 30, 32, 36, 38, 42 (siehe Fign. la, lb; in Fig. 2 ist lediglich die Seitenlichtquelle 38 gut sichtbar) auf. Der Smartphonehalter 46 und/oder der Lichtquellenhalter 48 kann/können zumindest einen Profilstab 50, insbesondere mehrere Profilstäbe (aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht mit Bezugszeichen versehen), insbesondere in Form eines Aluminiumprofilstabes bzw. in Form von Aluminiumprofilstäben, aufweisen, um eine flexible Anpassung der Vorrichtung 10 zu ermöglichen. Die Vorrichtung 10 kann weiterhin eine Lochplatte 52 zur flexiblen Montage der Vorrichtung 10 aufweisen.
Fig. 3 zeigt einen Schaltplan der Vorrichtung 10. Dabei sind die Lichtquellen 24, 26, 28, 30, 32, 36, 38, 42 (siehe Fign. la, lb) schematisch in Form von Kreisen dargestellt. Zur Steuerung der Lichtquellen 24, 26, 28, 30, 32, 36, 38, 42 und des Smartphones 22 bzw. der Kamera 20 ist ein Rechner 54 vorgesehen. Das Ein- und Ausschalten der Lichtquellen 24, 26, 28, 30, 32, 36, 38, 42 kann über ein DiglO- Board bzw. eine DiglO-Card 56 erfolgen.
Der Rechner 54 kann ein neuronales Netz 58 aufweisen. Das neuronale Netz 58 kann dazu trainiert sein, insbesondere in einem Verfahrensschritt D), das zumindest eine aufgenommene Schnittkantenbild, insbesondere mehrere aufgenommene Schnittkantenbilder, zu analysieren und Merkmale der Schnittkante 12 (siehe Fign. la, lb und 2) zu identifizieren. Das neuronale Netz 58 ist vorzugsweise dazu trainiert, die Rauigkeit, Schnittkantenschräge und/oder die Gratbildung der Schnittkante 12 (siehe Fign. la, lb und 2) zu bestimmen.
Das neuronale Netz 58 kann Teil eines Algorithmus 60 sein. Der Algorithmus 60 kann dazu ausgebildet sein, insbesondere in einem Verfahrensschritt C), vor der Analyse des Schnittkantenbildes bzw. der Schnittkantenbilder durch das neuronale Netz 58 das Schnittkantenbild bzw. die Schnittkantenbilder zu teilen und in quadratischer Form auszugeben. Hierdurch kann/können das Schnittkantenbild bzw. die Schnittkantenbilder besser durch das neuronale Netz 58 verarbeitet werden und der Informationsgehalt des Schnittkantenbildes bzw. der Schnittkantenbilder wird erhöht.
Die Fign. 4a bis 4n zeigen dieselbe Schnittkante 12 (siehe Fign. la, lb und 2) bei verschiedenen Beleuchtungen durch die Lichtquellen 24, 26, 28, 30, 32, 36, 38, 42 (siehe Fign. la, lb).
Dabei sind die Lichtquellen wie folgt an- bzw. ausgeschaltet:
• Fig. 4a: Alle Lichtquellen 24, 26, 28, 30, 32, 36, 38, 42 aus;
• Fig. 4b: Frontallichtquelle 28 und weitere Frontallichtquelle 30 an, alle weiteren Lichtquellen 24, 26, 32, 36, 38, 42 aus;
• Fig. 4c: Winkellichtquelle 32 und weitere Winkellichtquelle 36 an, alle weiteren Lichtquellen 24, 26, 28, 30, 38, 42 aus;
• Fig. 4d: Frontallichtquelle 28, weitere Frontallichtquelle 30, Winkellichtquelle 32 und weitere Winkellichtquelle 36 an, alle weiteren Lichtquellen 24, 26, 38, 42 aus;
• Fig. 4e: Seitenlichtquelle 38, weitere Seitenlichtquelle 42, erste Lichtquelle 24 und zweite Lichtquelle 26 an; alle weiteren Lichtquellen 28, 30, 32, 36 aus;
• Fig. 4f: Seitenlichtquelle 38 an; alle weiteren Lichtquellen 24, 26, 28, 30, 32, 36, 42 aus;
• Fig. 4g: Weitere Seitenlichtquelle 42 an; alle weiteren Lichtquellen 24, 26, 28, 30, 32, 36, 38 aus;
• Fig. 4h: Erste Lichtquelle 24 an; alle weiteren Lichtquellen 26, 28, 30, 32, 36, 38, 42 aus;
• Fig. 4i: Zweite Lichtquelle 26 an; alle weiteren Lichtquellen 24, 28, 30, 32, 36, 38, 42 aus;
• Fig. 4j: Winkellichtquelle 32 an; alle weiteren Lichtquellen 24, 26, 28, 30, 36, 38, 42 aus; • Fig. 4k: Weitere Winkellichtquelle 36 an; alle weiteren Lichtquellen 24, 26, 28, 30, 32, 38, 42 aus;
• Fig. 41: Seitenlichtquelle 38 und weitere Seitenlichtquelle 42 an; alle weiteren Lichtquellen 24, 26, 28, 30, 32, 36 aus;
• Fig. 4m: erste Lichtquelle 24 und zweite Lichtquelle 26 an; alle weiteren Lichtquellen 28, 30, 32, 36, 38, 42 aus;
• Fig. 4n: Frontallichtquelle 28, weitere Frontallichtquelle 30 und erste Lichtquelle 24 an; alle weiteren Lichtquellen 26, 32, 36, 38, 42 aus.
Dabei hat sich gezeigt, dass das neuronale Netz 58 (siehe Fig. 3) aus dem Schnittkantenbild gemäß Fig. 4a (alle Lichtquellen 24, 26, 28, 30, 32, 36, 38, 42 aus, nur Hintergrundbeleuchtung an) am besten geeignet ist, um die Gratbildung der Schnittkante 12 (siehe Fign. la, lb und 2) zu ermitteln.
Weiterhin hat sich gezeigt, dass die Beleuchtung gemäß den Fign. 4h, 4i und 4m (erste Lichtquelle 24 und/oder zweite Lichtquelle 26 an, alle weiteren Lichtquellen 28, 30, 32, 36, 38, 42 aus) für das neuronale Netz 58 (siehe Fig. 3) am besten geeignet ist, um die Rauigkeit und die Schnittkantenschräge der Schnittkante 12 (siehe Fign. la, lb und 2) zu ermitteln.
Allgemein hat sich gezeigt, dass die Ermittlung zutreffender Parameter der Schnittkante 12 (siehe Fign. la, lb und 2) mittels des neuronalen Netzes 58 (siehe Fig. 3) durch verschiedene Beleuchtungen optimiert werden kann.
Unter Vornahme einer Zusammenschau aller Figuren der Zeichnung betrifft die Erfindung eine Vorrichtung 10 zur Analyse einer Schnittkante 12 eines Werkstücks 14. Das Werkstück 14 kann in einem Werkstückhalter 44 gehalten werden, um die Schnittkante 12 mit einer ersten Lichtquelle 24 in einem spitzen Winkel wl zu beleuchten. Die Beleuchtung durch die erste Lichtquelle 24 erfolgt vorzugsweise bis auf wenige Grad parallel oder antiparallel zur Schnittrichtung 16 der Schnittkante 12. Mit anderen Worten erfolgt die Beleuchtung durch die erste Lichtquelle 24 in einem spitzen Winkel wl zu einer Ebene, die sich senkrecht zur Werkstückebene 18 in Richtung der Längsachse 40 der Schnittkante 12 erstreckt. Die erste Lichtquelle 24 ist dabei vorzugsweise parallel versetzt zur Werkstückebene 18 angeordnet. Die Vorrichtung 10 weist eine Kamera 20 auf, deren optische Achse 34 sich vorzugsweise in der Werkstückebene 18 erstreckt. Ein Rechner 54 kann einen Algorithmus 60, insbesondere mit einem neuronalen Netz 58, aufweisen, um mit der Kamera 20 erstellte Schnittkantenbilder zu analysieren. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Analyse der Schnittkante 12, insbesondere mit einer solchen Vorrichtung 10.
Bezuqszeichenliste
10 Vorrichtung
12 Schnittkante
14 Werkstück
16 Schnittrichtung eines Laserstrahls
18 Werkstückebene
20 Kamera
22 Smartphone
24 erste Lichtquelle
26 zweite Lichtquelle
28 Frontalllichtquelle
30 weitere Frontallichtquelle
32 Winkellichtquelle
34 optische Achse der Kamera 20
36 weitere Winkellichtquelle
38 Seitenlichtquelle
40 Längsachse der Schnittkante 12
42 weitere Seitenlichtquelle
44 Werkstückhalter
46 Smartphonehalter
48 Lichtquellenhalter
50 Profilstab
52 Loch platte
54 Rechner
56 DiglO-Card
58 neuronales Netz
60 Algorithmus wl Winkel der ersten Lichtquelle 24 und der zweiten Lichtquelle 26 zur
Schnittkante 12 w2 Winkel der Winkellichtquellen 32, 34 zur optischen Achse 34 der Kamera 20 w3 Winkel der Seitenlichtquellen 38, 42 zur Längsachse 40 der Schnittkante 12

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Analyse einer Schnittkante (12) eines Werkstücks (14) mit dem Verfahrensschritt:
B) Beleuchten der Schnittkante (12) mit einer ersten Lichtquelle (24) und Aufnehmen eines Schnittkantenbildes mit einer Kamera (20), dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lichtquelle (24) senkrecht zur Werkstückebene (18) beabstandet angeordnet ist und die Schnittkante (12) in einem Winkel (wl) von mehr als 0° und weniger als 45° beleuchtet. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem vor dem Verfahrensschritt B) folgender Verfahrensschritt durchgeführt wird:
A) Laserschneiden des Werkstücks (14) zum Erstellen der Schnittkante (12). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Schnittkante (12) beim Aufnehmen des Schnittkantenbildes von einer zweiten Lichtquelle (26) beleuchtet wird, wobei die zweite Lichtquelle (26) der ersten Lichtquelle (24) gegenüberliegt, senkrecht zur Werkstückebene (18) beabstandet angeordnet ist und die Schnittkante (12) in einem Winkel (wl) von mehr als 0° und weniger als 45° beleuchtet. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem vor oder nach dem Verfahrensschritt B) mit der Kamera (20) ein Schnittkantenbild bei ausgeschalteten Lichtquellen (24, 26, 28, 30, 32, 36, 38, 42) aufgenommen wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schnittkante (12) beim Erstellen des Schnittkantenbildes von einer oder mehreren der folgenden Lichtquellen (28, 30, 32, 36, 38, 42) beleuchtet wird:
• Einer Frontallichtquelle (28), die die Schnittkante (12) frontal, d.h. in der Werkstückebene (18), beleuchtet;
• einer weiteren Frontallichtquelle (30), die die Schnittkante (12) frontal beleuchtet;
• einer Winkellichtquelle (32), die die Schnittkante (12) in der Werkstückebene (18) in einem Winkel (w2) zwischen 30° und 60° beleuchtet;
• einer der Winkellichtquelle (32) gegenüberliegenden weiteren Winkellichtquelle (36), die die Schnittkante (12) in der Werkstückebene (18) in einem Winkel (w2) zwischen 30° und 60° beleuchtet;
• einer Seitenlichtquelle (38), die die Schnittkante (12) in der Werkstückebene (18) in einem Winkel (w3) von mehr als 0° und weniger als 45° beleuchtet;
• einer der Seitenlichtquelle (38) gegenüberliegenden weiteren Seitenlichtquelle (42), die die Schnittkante (12) in der Werkstückebene (18) in einem Winkel (w3) von mehr als 0° und weniger als 45° beleuchtet.
Verfahren nach Anspruch 5 in Verbindung mit Anspruch 4, bei dem
Schnittkantenbilder mit der Kamera (20) aufgenommen werden, wobei die
Schnittkante (12) beim Aufnehmen der jeweiligen Schnittkantenbilder wie folgt in beliebiger Reihenfolge beleuchtet wird:
• Alle Lichtquellen (24, 26, 28, 30, 32, 36, 38, 42) aus;
• Frontallichtquelle (28) und weitere Frontallichtquelle (30) an, alle weiteren Lichtquellen (24, 26, 32, 36, 38, 42) aus;
• Winkellichtquelle (32) und weitere Winkellichtquelle (36) an, alle weiteren Lichtquellen (24, 26, 28, 30, 38, 42) aus;
• Frontallichtquelle (28), weitere Frontallichtquelle (30), Winkellichtquelle (32) und weitere Winkellichtquelle (36) an, alle weiteren Lichtquellen (24, 26, 38, 42) aus;
• Seitenlichtquelle (38), weitere Seitenlichtquelle (42), erste Lichtquelle (24) und zweite Lichtquelle (26) an; alle weiteren Lichtquellen (28, 30, 32, 36) aus;
• Seitenlichtquelle (38) an; alle weiteren Lichtquellen (24, 26, 28, 30, 32, 36, 42) aus;
• weitere Seitenlichtquelle (42) an; alle weiteren Lichtquellen (24, 26, 28, 30, 32, 36, 38) aus;
• erste Lichtquelle (24) an; alle weiteren Lichtquellen (26, 28, 30, 32, 36, 38, 42) aus;
• zweite Lichtquelle (26) an; alle weiteren Lichtquellen (24, 28, 30, 32, 36, 38, 42) aus;
• Winkellichtquelle (32) an; alle weiteren Lichtquellen (24, 26, 28, 30, 36, 38, 42) aus;
• weitere Winkellichtquelle (36) an; alle weiteren Lichtquellen (24, 26, 28, 30, 32, 38, 42) aus;
• Seitenlichtquelle (38) und weitere Seitenlichtquelle (42) an; alle weiteren Lichtquellen (24, 26, 28, 30, 32, 36) aus;
• erste Lichtquelle (24) und zweite Lichtquelle (26) an; alle weiteren Lichtquellen (28, 30, 32, 36, 38, 42) aus;
• Frontallichtquelle (28), weitere Frontallichtquelle (30) und erste Lichtquelle (24) an; alle weiteren Lichtquellen (26, 32, 36, 38, 42) aus.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Erstellen des Schnittkantenbildes mit einer Kamera (20) in Form einer Smartphonekamera erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit dem Verfahrensschritt
D) Zuführen des Schnittkantenbildes an ein trainiertes neuronales Netz (58), wobei das neuronale Netz (58) anhand des Schnittkantenbildes die Rauigkeit, die Schnittkantenschräge und/oder die Gratbildung ermittelt und ausgibt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem vor dem Verfahrensschritt D) folgender Verfahrensschritt durchgeführt wird:
C) Teilen des Schnittkantenbildes und Zusammenfügen zu einem quadratischen Schnittkantenbild.
10. Vorrichtung (10) zur Analyse einer Schnittkante (12), insbesondere mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (10) Folgendes aufweist: a) Einen Werkstückhalter (44) zur Aufnahme eines Werkstücks (14) mit einer Schnittkante (12); b) eine Kamera (20) zum Aufnehmen eines Schnittkantenbildes; dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) Folgendes aufweist: c) Eine erste Lichtquelle (24), wobei die erste Lichtquelle (24) senkrecht beabstandet zur Werkstückebene (18) und zum Beleuchten der Schnittkante (12) in einem Winkel (wl) von mehr als 0° und weniger als 45° anordenbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Vorrichtung (10) eine zweite Lichtquelle (26) aufweist, die der ersten Lichtquelle (24) gegenüberliegt und in einem Winkel (wl) von mehr als 0° und weniger als 45° zur Schnittkante (12) anordenbar ist. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, bei der die Vorrichtung (10) eine oder mehrere der folgenden Lichtquellen (28, 30, 32, 36, 38, 42) aufweist:
• Eine Frontallichtquelle (28), durch die die Schnittkante (12) frontal, d.h. in Richtung der Werkstückebene (18), beleuchtbar ist;
• eine weitere Frontallichtquelle (30), durch die die Schnittkante (12) frontal, d.h. in Richtung der Werkstückebene (18), beleuchtbar ist;
• eine Winkellichtquelle (32) in der Werkstückebene (18), durch die die Schnittkante (12) in einem Winkel (w2) zwischen 30° und 60° beleuchtbar ist;
• eine der Winkellichtquelle (32) gegenüberliegende weitere Winkellichtquelle (36) in der Werkstückebene (18), durch die die Schnittkante (12) in einem Winkel (w2) zwischen 30° und 60° beleuchtbar ist;
• eine Seitenlichtquelle (38) in der Werkstückebene (18), durch die die Schnittkante (12) in einem Winkel (w3) von mehr als 0° und weniger als 45° beleuchtbar ist;
• eine der Seitenlichtquelle (38) gegenüberliegende weitere Seitenlichtquelle (42) in der Werkstückebene (18), durch die die Schnittkante (12) in einem Winkel (w3) von mehr als 0° und weniger als 45° beleuchtbar ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei der die Vorrichtung (10) ein Smartphone aufweist und die Kamera (20) in Form einer Smartphonekamera ausgebildet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei der die Vorrichtung (10) einen Rechner (54) mit einem trainierten neuronalen Netz (58) aufweist, wobei das Schnittkantenbild dem neuronalen Netz (58) zuführbar ist, um die Rauigkeit, die Schnittkantenschräge und/oder die Gratbildung zu ermitteln und auszugeben. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der der Rechner (54) einen Algorithmus (60) aufweist, der dazu ausgebildet ist, das Schnittkantenbild vor dem Zuführen des Schnittkantenbildes an das neuronale Netz (58) zu teilen und zu einem quadratischen Schnittkantenbild zusammenzufügen.
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