DE102017001915A1

DE102017001915A1 - Verfahren und System zum kennzeichenlosen Identifizieren mindestens eines Bauteils sowie zum Rückverfolgen von Bauteilen in einem Produktionsprozess

Info

Publication number: DE102017001915A1
Application number: DE102017001915.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Noderer
Original assignee: Inpro Innovationsgesellschaft fuer Fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH
Current assignee: Inpro Innovationsgesellschaft fuer Fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH
Priority date: 2017-02-27
Filing date: 2017-02-27
Publication date: 2018-08-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum kennzeichenlosen Identifizieren mindestens eines Bauteils, indem mittels einer Bildverarbeitungsanlage die optische Oberflächenstruktur mindestens eines Teils des Bauteils als Bild erfasst und die einmaligen, charakteristischen, optischen Oberflächenmerkmale des Bauteils ermittelt werden, und als eindeutige Kennzeichnung des letzteren eine digitale Signatur erzeugt und diese als Referenz der Kennzeichnung mindestens des einen Teils des Bauteils in einer elektronischen Datenverarbeitungsanlage gespeichert wird. Hierbei wird das erfasste Bild des mindestens einen Teils des Bauteils für zu betrachtenden Identifikationsbereiche mindestens teilweise maskiert, eine Anzahl der einmaligen, charakteristischen, optischen Oberflächenmerkmale des Bauteils aus den Bilddaten des mindestens teilweise maskierten Bildes des mindestens einen Teils des Bauteils über entsprechende Merkmalsvektoren extrahiert und bestimmt, aus der extrahierten Anzahl der intrinsischen Oberflächenmerkmalen des mindestens teilweise maskierten Bildes des mindestens einen Teils des Bauteils mittels angepasster vorgegebener Software-Algorithmen die die eindeutige Kennzeichnung des mindestens einen Teils des Bauteils bildende Signatur des letzteren erstellt und als Referenz der eindeutigen Kennzeichnung in der Datenverarbeitungsanlage gespeichert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kennzeichenlosen Identifizieren mindestens eines Bauteils, indem mittels einer Bildverarbeitungsanlage die optische Oberflächenstruktur mindestens eines Teils des Bauteils als Bild erfasst und die einmaligen, charakteristischen, optischen (intrinsischen) Oberflächenmerkmale des Bauteils als eindeutige Kennzeichnung (digitale Signatur) des letzteren ermittelt und als Referenz mindestens des einen Teils des Bauteils gespeichert werden.
Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren und ein System zum Verfolgen bzw. Rückverfolgen von Bauteilen in einem Produktionsprozess mit einem oder mehreren Prozessschritten, wobei das kennzeichenlose Identifizierungsverfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 9 zur Anwendung kommt und Prozessparametern und/oder Produktionsdaten für das Bauteil dem gespeicherten Kennzeichen des letzteren zugeordnet und gespeichert werden.
Aus der DE 10 2009 016 289 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kennzeichenlosen Identifizierung von Gegenständen, insbesondere von Photovoltaik (PV)-Wafern, sowie zum Verfolgen und Rückverfolgen von Gegenständen in einem Produktionsprozess bekannt. Hierbei werden zur kennzeichenlosen Identifizierung eines Gegenstandes einmalige, charakteristische, optische Merkmale der optischen Oberflächenstruktur des Gegenstandes als Bild durch eine Kamera erfasst, und die ermittelten Merkmale als Kennzeichen des Gegenstandes in einer elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung gespeichert. Ebenso werden alle Produktionsdaten und Prozessparameter für alle Anlagen, die der Gegenstand durchläuft, in der elektronischen Datenverarbeitungsanlage gespeichert. Zum Verfolgen und/oder Rückverfolgen des Gegenstandes in einem Produktionsprozess mit einem oder mehreren Prozessschritten erfolgt die Anwendung des zuvor beschriebenen Verfahrens zur kennzeichenlosen Identifizierung des Gegenstandes und das Zuordnen und Speichern der Prozessparameter und/oder Prozessdaten für den Gegenstand im jeweiligen Prozessschritt als Prozessschrittdaten zu dem gespeicherten Kennzeichen des Gegenstandes. Hierbei bilden bei sich ändernden einmaligen, charakteristischen, optischen Merkmalen der optischen Oberflächenstruktur des Gegenstandes während eines Prozessschrittes die geänderten einmaligen, charakteristischen, optischen Merkmale nach dem Prozessschritt das aktuelle Kennzeichen des Gegenstandes. Mit einer erneuten kennzeichenlosen Identifizierung des Substrats anhand seiner einmaligen, charakteristischen, optischen Merkmale wird nach dem Durchlaufen einer Anlage überprüft, ob die Verfolgung innerhalb einer Anlage während eines Prozessschrittes fehlerhaft ist. Der Gegenstand kann zwischen den einzelnen Prozessschritten zwischengelagert werden.
Die aus der DE 10 2009 016 289 A1 bekannte Vorrichtung zur kennzeichenlosen Identifizierung eines Gegenstandes, optional zur Verfolgung oder Rückverfolgung des Gegenstandes in der zuvor beschriebenen Weise weist auf eine Kamera zum Erfassen und Identifizieren des Gegenstandes anhand der einmaligen, charakteristischen, optischen Merkmal der optischen Oberflächenstruktur des Gegenstandes vor oder in einer Bearbeitungsanlage, eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung zum Speichern der einmaligen, charakteristischen, optischen Merkmale der optischen Oberflächenstruktur des Gegenstandes in digitaler Form und zum Zuordnen eines Kennzeichens für den Gegenstand, und eine Einrichtung zum Verfolgen und Verwalten des Gegenstandes innerhalb der Bearbeitungsanlage.
Aus der DE 10 2012 205 347 A1 geht weiterhin ein Verfahren zur Authentifizierung und Identifizierung eines Objektes mit folgenden Schritten als bekannt hervor:

Erfassen eines Ersterfassungsbildes eines ausgewählten Prüfbereiches einer Objektoberfläche des Objekts zur Erzeugung von Ersterfassungsbilddaten, die charakteristische Eigenschaften der Objektoberfläche in dem Prüfbereich repräsentieren;
Erzeugen von Drittbilddaten, die ein Drittbild repräsentieren, das sich von dem Ersterfassungsbild unterscheidet;
Ermitteln von ersten Vergleichsdaten durch eine erste Vergleichsoperation, bei der die Ersterfassungsbilddaten mit den Drittbilddaten unter Anwendung vorgegebener Vergleichsverfahren verglichen werden;
Erfassen eines Prüfbildes eines Prüfbereiches einer Objektoberfläche eines zu prüfenden Prüfobjekts zur Erzeugung von Prüfbilddaten, die charakteristische Eigenschaften der Objektoberfläche des zu prüfenden Prüfobjektes repräsentieren;
Ermitteln von zweiten Vergleichsdaten durch eine zweite Vergleichsoperation, bei der die Prüfbilddaten mit den Drittbilddaten unter Anwendung des vorgegebenen Vergleichsverfahrens verglichen werden;
Authentifizieren des Prüfobjektes durch Vergleichen der ersten Vergleichsdaten mit den zweiten Vergleichsdaten zur Ermittlung von Authentizitätseigenschaften, sowie durch Bewertung der Authentizitätseigenschaften.

In der Fahrzeugindustrie werden im Prozesstakt Bauteile gleichen Typs mechanisch bearbeitet und in nachfolgenden Prozessschritten mit anderen Bauteilen zu einer Baugruppe zusammengesetzt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich daher insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kennzeichenlosen Bauteilrückverfolgung in der Automobilindustrie, zumal dort bisherige Bauteilrückverfolgungen auf einer zusätzlichen Kennzeichnung oder Markierung der einzelnen Bauteile basieren. Dies erfolgt in der Automobilproduktion üblicherweise durch Markieren der Bauteile mittels Laser (Data-Matrix-Code; alphanumerische Beschriftung), was einen zusätzlichen Arbeitsgang mit einem entsprechenden Bauteilhandling sowie einer optischen Überprüfung der Lesbarkeit erfordert.
Bei dem Verfahren zur kennzeichenlosen Identifikation eines Bauteils gemäß der eingangs erwähnten Art wird ein verhältnismäßig großer Bereich des Bauteils überprüft, was in beliebiger Lage des Bereiches im Sichtfeld der Kamera erfolgen kann. Hierdurch sind Verdrehungen, kleinere Lageabweichungen und Rotationen des Bauteils bei der kennzeichenlosen Identifikation unerheblich. Das Bauteil kann auch über Teilbereiche kennzeichenlos identifiziert werden.
Die Nutzung von objekteigenen intrinsischer Oberflächeneigenschaften wie z.B. herstellungsbedingte eindeutig unterscheidbare Merkmale von Schmiedestrukturen oder Gussoberflächen, aber auch von durch Bearbeitungsspuren wie durch Drehriefen oder Schleifmarken geprägte Oberflächenstrukturen bilden die Basis für eine kennzeichenlose Identifizierung von Bauteilen. Aber auch Kratzer, Flecken und/oder Verfärbungen können für eine zur kennzeichenlosen Identifizierung nutzbare unterscheidbare Inhomogenität von Oberflächen sorgen.
Bei bisherigen Verfahren zum kennzeichenlosen Identifizieren von Bauteilen und zum Rückverfolgung von Bauteilen in einem Produktionsprozess werden für gewöhnlich verhältnismäßig kleine Bauteile oder nur kleine Bereiche auf der Bauteiloberfläche betrachtet, die bei der Identifizierung wieder lokalisiert werden. Zur Identifikation muss das Bauteil in der gleichen Lage wie beim Registrieren liegen. Ist das nicht der Fall, so wird der Identifikationsbereich relativ von auffälligen Markierungen wie z.B. an immer der gleichen Position aufgebrachten Beschriftungen ermittelt. Beispielsweise fallen in der Automobilfertigung für das Identifizieren von Millionen Bauteilen, z.B. von einzubauenden Zahnrädern, eine extrem hohe Datenzahl und -größe von Signaturbeschreibungen oder Bilddaten für eine spätere Ähnlichkeitssuche des Bauteils an, die gespeichert und in einemlogistischen System gehandhabt, übertragen bzw. abgefragt werden müssen. Wenn die Speicherung in einer zentralen Datenbank erfolgt, muss zum Identifizieren der Bauteile für entsprechende Zugriffsmöglichkeiten auf die Datenbank gesorgt werden.
Die vorliegende Erfindung hat daher zum Ziel, für eine kennzeichenlose Bauteilidentifizierung und Bauteilrückverfolgung insbesondere in der Automobilindustrie zu sorgen, die den zu handhabenden und zu übertragenden Datenanfall reduziert und höhere Auswertegeschwindigkeiten gewährleisten kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, daher ein Verfahren gemäß der eingangs erwähnten Art zur Verfügung zu stellen, mit dem sich eine bilddatenmäßige Erfassung der Oberflächenstruktur der verschiedenen zu identifizieren Bauteiltypen verringern und Auswertegeschwindigkeiten erhöhen lassen.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zum kennzeichenlosen Identifizieren mindestens eines Bauteils, bei dem mittels einer Bildverarbeitungsanlage die optische Oberflächenstruktur mindestens eines Teils des Bauteils als Bild erfasst und die einmaligen, charakteristischen, optischen (intrinsischen) Oberflächenmerkmale des Bauteils ermittelt werden, und als eindeutige Kennzeichnung des letzteren eine digitale Signatur erzeugt und diese als Referenz der Kennzeichnung mindestens des einen Teils des Bauteils in einer elektronischen Datenverarbeitungsanlage gespeichert wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das erfasste Bild des mindestens einen Teils des Bauteils für zu betrachtenden Identifikationsbereiche mindestens teilweise maskiert, eine Anzahl der einmaligen, charakteristischen, optischen (intrinsischen) Oberflächenmerkmale des Bauteils aus den Bilddaten des mindestens teilweise maskierten Bildes des mindestens einen Teils des Bauteils über entsprechende Merkmalsvektoren extrahiert und bestimmt wird, aus der extrahierten Anzahl der intrinsischen Oberflächenmerkmalen des mindestens teilweise maskierten Bildes des mindestens einen Teils des Bauteils mittels angepasster vorgegebener Software-Algorithmen die die eindeutige Kennzeichnung des mindestens einen Teils des Bauteils bildende Signatur des letzteren erstellt und als Referenz der eindeutigen Kennzeichnung in der Datenverarbeitungsanlage gespeichert wird.
Bevorzugt wird die Maskierung des erfassten Bildes des mindestens einen Teils des Bauteils zentrisch vorgenommen wird. Die Maskierungen des erfassten Bildes des mindestens einen Teils des Bauteils können in Form von Rechtecken, Quadraten, Kreisen, Kreisringen und/oder Ellipsen vorgenommen. Alle in der Prozesskette anfallenden Registrierungen und Identifikationen erfolgen auf der Grundlage der maskierten Bereiche. Die Maskierung bringt den Vorteil mit sich, dass nicht mehr das gesamte Bauteil betrachtet werden muss, was sich bei der Bauteilidentifizierung durch höhere Auswertegeschwindigkeit auswirkt.
Die Aufgabe der Erfindung wird ebenso gelöst durch ein Verfahren zum Rückverfolgen eines Bauteils in einem Produktionsprozess mit einem oder mehreren Prozessschritten vor dessen Bearbeitung oder Montage durch

a) Anwenden des kennzeichenlosen Identifizierungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
b) Durchführen einer Ähnlichkeitssuche der aktuell erzeugten digitalen Signatur unter den in der Referenz-Datenbank abgelegten Referenzen,
c) Ermitteln der Identifikation des Bauteils über die maximale Erkennungswahrscheinlichkeit, wobei produktionsbedingte Verdrehungen, kleinere Lageabweichungen und/oder Rotationen der Bauteile gegenüber der Registrierung (Referenz) systembedingt berücksichtigt werden, und
d) Zuordnen und Speichern von Prozessparametern und/oder Prozessdaten zu dem Kennzeichen des gespeicherten Bauteils, wobei die entsprechende Bauteilhistorie erstellt wird.

Vorzugsweise wird experimentell für die Erkennungswahrscheinlichkeit ein Schwellwert definiert derart, dass für den Fall, dass beim Ermitteln der Identifikation des Bauteils die Erkennungswahrscheinlichkeit unter dem Schwellwert liegt, die entsprechende Bauteile als nicht erkannt gelten, hingegen für den Fall, dass die Erkennungswahrscheinlichkeit über dem Schwellwert liegt, der Datenbankeintrag mit dem höchsten Wert als identifiziertes Bauteil ausgegeben wird.
Die Algorithmen zur Registrierung und Identifikation lassen sich mit verschiedenen Belichtungszeiten des Bauteils überprüfen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Verfolgen und Wiedererkennen von Bauteilen in einem Produktionsprozess mit mehreren Prozessschritten zwischen unterschiedlichen Produktionslinien durch:

a) Anwenden des kennzeichenlosen Identifizierungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 2 und Registrieren der Bauteile nach deren mechanischer Bearbeitung am Ende der entsprechenden Produktionslinie,
b) Zwischenlagern (Puffern) der registrierten, bearbeiteten Bauteile in einem sog. Supermarkt
c) Zuführen mindestens eines im Supermarkt zwischengelagerten Bauteils zu einer Montagelinie des Produktionsprozesses nach vorheriger Anwendung des Identifizierungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 und 2, und
d) datentechnische Zuordnung der kennzeichenlosen Identifizierung jedes der Montagelinie zugeführten Bauteils zu einem RFID-Tag des jeweils zugehörigen Bauteilträgers,
e) Auslesen des RFID-Tags des jeweiligen Bauteilträgers zwecks Identifizierung des zugehörigen Bauteils über letzteren in der Montagelinie (entsprechenden Produktionslinie).

Vorzugsweise werden die Oberflächenbereiche zum kennzeichenlosen Identifizieren der einzelnen Bauteiltypen jeweils unabhängig voneinander konfiguriert, indem die Oberflächenbereiche für eine Individualisierung durch Maskieren der unbearbeiteten Flächen eingegrenzt werden.
Die voneinander unabhängigen Konfigurationen der einzelnen Bauteiltypen können jeweils nach einem vorgegebenen Bildgenerierungsalgorithmus auf der Basis von erzeugenden Parametern berechnet werden. Die Koordinaten der Konfigurationen werden pro Bauteiltyp in einer Konfigurationsdatei definiert.
Durch die Maskierung werden Störeinflüsse außerhalb der zu betrachtenden Bereiche bei der Bildanalyse ausgeschlossen. Diese Maskierungen sollten ausreichend groß und möglichst zentral angeordnet werden, um bei der späteren Identifikation die Bereiche lokalisieren zu können. Dies ist besonders für rotationssymmetrische Bauteile von Bedeutung, da diese in verschiedenen Drehlagen identifiziert werden müssen.
Voraussetzung für das Verfolgen und Wiedererkennen von Bauteilen in einem Produktionsprozess mit mehreren Prozessschritten zwischen unterschiedlichen Produktionslinien in der zuvor beschriebenen Weise ist, dass das jeweilige Bauteil immer von der gleichen Seite bildtechnisch erfasst wird, in der es registriert worden ist. Existierende Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche der Bauteile dürfen im Zeitraum zwischen ihrer Registrierung und ihrer kennzeichenlosen Identifikation keinen oder nur minimalen Veränderungen unterliegen, d.h., Verunreinigungen, zusätzliche Bearbeitungen und/oder Korrosion sollten vermieden werden.
Idealerweise werden unbearbeitete Bereiche der Oberfläche des Bauteils zur Registrierung und kennzeichenlosen Identifizierung verwendet. Sollte dies nicht möglich sein, so lassen sich auch bearbeitete Bereiche der Bauteiloberfläche mit verwertbaren Bearbeitungsspuren verwenden. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bilden bei sich ändernden einmaligen, charakteristischen, optischen Merkmalen während eines Prozessschrittes die geänderten einmaligen, optischen Merkmale nach dem Prozessschritt das aktuelle Kennzeichen des Bauteils bilden.
Die Erfindung betrifft auch ein Systemzum kennzeichenlosen Identifizieren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, optional zur Rückverfolgung eines Bauteils in einem Produktionsprozess nach einem der Ansprüche 6 und 7 sowie zum Verfolgen und Wiedererkennen nach Anspruch 8 und 9, mit optischen Erfassungseinrichtungen, aufweisend eine Kamera sowie Beleuchtung mit homogenem Leuchtfeld zum bildmäßigen Erfassen der Oberfläche des jeweiligen Bauteils, mit Bildverarbeitungsvorrichtungen zur mindestens teilweisen Maskierung des jeweils erfassten Bildes der Oberfläche der jeweiligen Bauteile sowie zur Bestimmung der individuellen Oberflächenmerkmale letzterer und zur Erzeugung jeweils einer digitalen Signatur auf der Basis der individuellen Oberflächenmerkmalen, mit einer Datenbank zum Speichern der jeweiligen digitalen Signatur als Referenz zum registrierten Bauteil, mit vorgegebenen Algorithmen zur Ähnlichkeitssuche einer aktuellen Signatur in der Datenbank und zur Erfassung der höchsten Erkennungswahrscheinlich bezüglich der Bauteilidentifikation sowie mit Einrichtungen zur Zuordnung von Fertigungsparametern zu in der Datenbank gespeicherten Signatur der jeweiligen Bauteile sowie zur Konfiguration von Prüfeinstellungen und zum Einlernen neuer Bauteile in die Bildverarbeitungsanlagen.
Für die Bildverarbeitungsanlage des erfindungsgemäßen Systems zum kennzeichenlosen Identifizieren von Bauteilen und zum Verfolgen und/oder Rückverfolgen von Bauteilen in einem Produktionsprozess können preiswerte, handelsübliche Komponenten eingesetzt werden. Erforderlich sind jeweils eine digitale Kamera mit Objektiv sowie entsprechender Beleuchtung mit homogenem Leuchtfeld. Die Anordnung der Komponenten der Bildverarbeitungsanlage variiert je nach Größe des Bauteils und den Zugänglichkeiten an den jeweiligen Stationen des Produktionsablaufes Idealerweise sind die Anlagen für die Registrierung und Detektion vom Aufbau her gleich.
Die optische Erfassung der Bauteile erfolgt mit einer Graustufen-Kamera (CMOS, CCD). Für die Aufnahme von bewegten Teilen werden Zeilenkameras verwendet, statische Bildaufnahmen erfolgen mit einer Matrix-Kamera. Die Auflösung ist abhängig von der Größe des zu betrachtenden Teils, dem Abstand der Kamera zum Bauteil sowie von der Rauigkeit der Bauteilstruktur. Für eine homogene Ausleuchtung eignen sich LED-Ringlichter sowie LED Flächenlichter mit Kameradurchblick.
Die Beleuchtungsintensität und/oder Belichtungszeiten sind bei identischen Bauteilen gleich. Je nach Bauteiltyp (Oberfläche, Größe) lassen sich die Parameter entsprechend anpassen, um eine optimale Merkmalserkennung zu gewährleisten.
Bei der Registrierung und Identifizierung der Bauteile werden jeweils die gleichen vorgegebenen Softwarealgorithmen zur schnellen und robusten Erkennung von Bildmerkmalen bzw. markanten Regionen angewendet.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Programm, das direkt in den internen Speicher eines Computers geladen werden kann und Softwareabschnitte umfasst, mit denen ein Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen ist, wenn das Programm auf einem Computer läuft sowie ein Programm, das dazu geeignet ist, einen Computer zur Ausführung eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 zu bringen.
Weiterhin wird die Erfindung gelöst durch eine Vorrichtung, die eingerichtet, ausgelegt, konstruiert und/oder ausgerüstet ist mit einer Software zum Durchführen eines Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 9.
Zudem wird die Erfindung auch gelöst durch ein computerlesbares Medium mit darauf gespeicherten computerimplementierten Instruktionen, die geeignet sind einen Prozessor zu veranlassen, bei einem Verfahren zum Rückverfolgen eines Bauteils in einem Produktionsprozess mit einem oder mehreren Prozessschritten vor dessen Bearbeitung oder Montage folgende aufeinander folgende Verfahrensschritte auszuführen:

a) Anwenden des kennzeichenlosen Identifizierungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
b) Durchführen einer Ähnlichkeitssuche der aktuellen erzeugten digitalen Signatur unter den in der Referenz-Datenbank abgelegten Referenzen,
c) Ermitteln der Identifikation des Bauteils über die maximale Erkennungswahrscheinlichkeit, wobei produktionsbedingte Verdrehungen, kleinere Lageabweichungen und/oder Rotationen der Bauteile gegenüber der Registrierung (Referenz) systembedingt berücksichtigt werden, und
d) Zuordnen und Speichern von Prozessparametern und/oder Prozessdaten zu dem Kennzeichen des gespeicherten Bauteils, wobei eine entsprechende Bauteilhistorie erstellt wird.

Die vorliegende Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf die Zeichnungen erläutert. In diesen sind:

1 ein prinzipielles Ablaufschema des Verfahrens zum kennzeichenlosen Identifizieren mindestens eines Bauteils und Rückverfolgen von Bauteilen in einem Produktionsprozess,
2 eine schematische Darstellung des Aufbaus des Systems zum kennzeichenlosen Identifizieren mindestens eines Bauteils und Rückverfolgen von Bauteilen in einem Produktionsprozess,
3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung des Systems nach 2 zum Registrieren und Identifizieren von Bauteilen,
4 eine prinzipielle Darstellung des Systems nach 2, wobei die Vorrichtung gemäß 3 im Einsatz sowohl zum Registrieren, als auch zum Identifizieren dargestellt ist,
5 eine Darstellung einer Merkmalsextraktion eines Bauteils am Beispiel eines Zahnrades, und
6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei eine Wiedererkennung der Bauteile zwischen zwei Produktionslinien erfolgt.

1 verdeutlicht das Prinzip der Bauteilidentifikation zur Bauteilrückverfolgung mittels des Systems bestehend aus Beleuchtung, Kamera und Software zur Bildbearbeitung. Gemäß Block a erfolgt zunächst die Bauteilregistrierung, indem mittels einer Bildbearbeitungsanlage die optische Oberflächenstruktur des Bauteils erfasst und die einmaligen, charakteristischen, optischen (intrinsischen) Oberflächenmerkmale ermittelt werden, und als eindeutige Kennzeichnung des Bauteils eine digitale Signatur (Block b) erzeugt wird. Die Erzeugung der digitalen Signatur erfolgt zentral durch die Bildbearbeitung. Die digitale Signatur des registrierten Bauteils wird als Referenz der Kennzeichnung des letzteren in einer Datenbank (Block c) eines Zentralrechners (Bock d) gespeichert. In der Datenbank (Block c) werden zudem die relevanten Prozessdaten (Block e) gespeichert.
2 zeigt schematisch den Aufbau des Systems zum kennzeichenlosen Identifizieren mindestens eines Bauteils und Rückverfolgen von Bauteilen in einem Produktionsprozess. In einer Station A zum Registrieren der Bauteile wird jedes Bauteil der aktuellen Produktionslinie über eine Bildverarbeitungsanlage vollständig oder teilweise optisch erfasst. Die zu betrachtenden Identifikationsbereiche wie z.B. unbearbeitete Flächen der Bauteiloberfläche werden maskiert (Block f). Aus den maskierten Bilddaten werden dann die individuellen Oberflächenmerkmale über entsprechende Merkmalsvektoren bestimmt. Aus den Merkmalen wird nachfolgend mittels mathematischer Algorithmen pro Bauteil eine digitale Signatur bestimmt (Block g). Die Signatur wird als Referenz (Block h) in einer Datenbank D gespeichert.
Die Identifikation des Bauteils zu dessen Rückverfolgung erfolgt, wie aus 2 hervorgeht, an einer oder mehreren Stationen B_l ... B_n in der Bearbeitungs-und/oder Montagelinie des Produktionsprozesses. Entsprechend der Station A wird in jeder Station B_l-n jedes Bauteil über eine Bilderfassungsanlage vollständig oder teilweise (z.B. bei Verdeckung) optisch erfasst (Block i). Das Bauteil muss hierbei im Sichtbereich der Kamera liegen und darf nur teilweise verdeckt sein. Verdrehungen oder Rotationen gegenüber der Referenzlage sind gestattet. Entsprechend der Station A werden die Identifikationsbereiche zumindest teilweise maskiert (Block i). Aus den maskierten Identifikationsbereichen werden die individuellen Oberflächenmerkmale jedes Bauteils bestimmt und jeweils eine entsprechende digitale Signatur erzeugt (Block j). Anschließend erfolgt eine Ähnlichkeitssuche der jeweils aktuell erzeugten Signatur unter den Referenzen der Datenbank D (Block k). Die Signatur mit der höchsten Erkennungswahrscheinlichkeit entspricht dem identifizierten Bauteil (Block l).
Ein festgesetzter Schwellwert verhindert, dass Bauteile mit geringerer Erkennungswahrscheinlichkeit zu falschen Identifikationen führen. Wird das Bauteil erkannt, so lassen sich die zugehörigen Fertigungsparameter der Referenz des jeweiligen Bauteils in der Datenbank D zuordnen (Block m).
Mit dem beschriebenen erfindungsgemäßen System lassen sich die verschiedensten Bauteiltypen rückverfolgen.
Wie der Block n in 2 verdeutlicht, können zudem Konfigurationen der Prüfeinstellungen erstellt und als neue Bauteile sowohl in die Station A, als auch in die Station B eingelernt werden zwecks optischer Erfassung deren Oberflächenstruktur und mindestens teilweiser Maskierung der entsprechenden zu betrachtenden Identifikationsbereiche.
Aus 3 geht die Funktionsweise einer Vorrichtung zum Registrieren und Identifizieren von Bauteilen des Systems gemäß 2 hervor. Hierbei werden die Bauteile aufeinanderfolgend durch eine Lichtschranke L geführt und dabei nacheinander von einer Kamera mit Objektiv, der eine entsprechenden Beleuchtung mit homogenen Leuchtfeld zugeordnet ist, bildmäßig erfasst. Die Kamera ist mit einer Bildverarbeitungsanlage, bestehend aus einem Rechner und einem Bildschirm, gekoppelt. Aus der bildmäßig erfassten optischen Oberflächenstruktur des jeweiligen Bauteils werden mittels der Bildverarbeitungsanlage die einmaligen, charakteristischen, optischen (intrinsischen) Oberflächenmerkmale des Bauteils ermittelt und als eindeutige Kennzeichnung des letzteren in eine digitale Signatur des Bauteils umgesetzt, die von der Bildverarbeitungsanlage als Referenz in die Datenbank D (2) zur Speicherung eingegeben wird.
4, die eine prinzipielle Darstellung des Systems nach 2 ist, verdeutlicht den Einsatz der Vorrichtung gemäß 3 sowohl zum Registrieren, als auch zum Identifizieren des Bauteils in dem erfindungsgemäßen System gemäß 2.
Aus 5 ist die Merkmalsextraktion mittels Maskierung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ablesbar, wobei links das erfasste Bild eines Zahnrades, in der Mitte das Zahnrad mit einer Maskierung der irrelevanten Bildbereiche und rechts das gespeicherte maskierte Bild des Zahnrades mit dem beschnittenen Bereich, der zur Registrierung und Identifikation genutzt wird, dargestellt sind. Die zur Auswertung herangezogenen unbearbeiteten Flächen des Bauteils werden maskiert und beschnitten, wodurch z.B. bei der Wiedererkennung des Bauteils störende Einflüsse minimiert werden und die Auswertegeschwindigkeit erhöht wird. Zudem wird die Menge der in der Datenbank anfallenden Daten reduziert.
Die Maskierung irrelevanter Bildbereiche des Zahnrades erfolgt, indem zunächst das Originalbild mit einem Hilfskreis zur Lochlagenbestimmung des Zahnrades erstellt wird, dann in einem vorverarbeiteten Bild die Profillinie des Hilfskreise zur Lochkantenlageermittlung erzeugt wird, anschließend die Kreissuche anhand der Lochkantenlage unter Redundanzausnutzung bei Fehlererkennungen vorgenommen wird, und schließlich das maskierte Bild des Zahnrades im Batchdurchlauf gespeichert wird.
6 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei eine Wiedererkennung der Bauteile zwischen zwei Produktionslinien erfolgt. Im oberen Teil der 6 ist eine mechanische Bearbeitungsline eines Produktionsprozesses dargestellt, längs der aufeinanderfolgende Bauteiltypen bearbeitet und am Ende der mechanischen Bearbeitungslinie jeweils mittels einer Vorrichtung gemäß 3 zur Bauteilregistrierung registriert und anschließend in einem sog. Supermarkt zwischengelagert werden.
Im unteren Teil der 6 ist eine Montagelinie mit aufeinanderfolgenden Stationen Vormontage, Endmontage und Prüfen des Produktionsprozesses dargestellt, der aus dem Supermarkt geforderte Bauteiltypen zuzuführen sind. Zur Wiedererkennung werden die aus dem Supermarkt angeforderten Bauteiltypen am Anfang der Montagelinie zunächst jeweils mittels der Vorrichtung gemäß 3 der geschilderten Bauteilidentifikation unterzogen und bei Wiedererkennung dann der Vormontage zugeführt.
Es versteht sich, das die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht beschränkt sind auf die speziellen Strukturen, Verfahrensschritte oder Materialien, die hier offenbart sind, sondern auf deren Äquivalente ausgedehnt werden können, wie es für einen Durchschnittsfachmann auf den relevanten Gebieten erkennbar ist. Es versteht sich, dass die hier benutzte Terminologie lediglich zum Beschreiben bestimmter Ausführungsformen verwendet wird und nicht als beschränkend auszulegen ist. Die beschriebenen Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften können in jeder geeigneten Weise in einer oder mehreren Ausfiihrungsformen kombiniert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009016289 A1 [0003, 0004]
DE 102012205347 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum kennzeichenlosen Identifizieren mindestens eines Bauteils, indem mittels einer Bildverarbeitungsanlage die optische Oberflächenstruktur mindestens eines Teils des Bauteils als Bild erfasst und die einmaligen, charakteristischen, optischen (intrinsischen) Oberflächenmerkmale des Bauteils ermittelt werden, und als eindeutige Kennzeichnung des letzteren eine digitale Signatur erzeugt und diese als Referenz der Kennzeichnung mindestens des einen Teils des Bauteils in einer elektronischen Datenverarbeitungsanlage gespeichert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das erfasste Bild des mindestens einen Teils des Bauteils für zu betrachtenden Identifikationsbereiche mindestens teilweise maskiert, eine Anzahl der einmaligen, charakteristischen, optischen (intrinsischen) Oberflächenmerkmale des Bauteils aus den Bilddaten des mindestens teilweise maskierten Bildes des mindestens einen Teils des Bauteils über entsprechende Merkmalsvektoren extrahiert und bestimmt wird, aus der extrahierten Anzahl der intrinsischen Oberflächenmerkmalen des mindestens teilweise maskierten Bildes des mindestens einen Teils des Bauteils mittels angepasster vorgegebener Software-Algorithmen die die eindeutige Kennzeichnung des mindestens einen Teils des Bauteils bildende Signatur des letzteren erstellt und als Referenz der eindeutigen Kennzeichnung in der Datenverarbeitungsanlage gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskierung des erfassten Bildes des mindestens einen Teils des Bauteils zentrisch vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskierungen des erfassten Bildes des mindestens einen Teils des Bauteils in Form von Rechtecken, Quadraten, Kreisen, Kreisringen und/oder Ellipsen vorgenommen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbereiche zum kennzeichenlosen Identifizieren der einzelnen Bauteiltypen jeweils unabhängig voneinander konfiguriert werden, indem die Oberflächenbereiche für eine Individualisierung durch Maskieren der unbearbeiteten Flächen eingegrenzt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die voneinander unabhängigen Konfigurationen der einzelnen Bauteiltypen jeweils nach einem vorgegebenen Bildgenerierungsalgorithmus auf der Basis von erzeugenden Parametern berechnet werden.
Verfahren zum Rückverfolgen eines Bauteils in einem Produktionsprozess mit einem oder mehreren Prozessschritten vor dessen Bearbeitung oder Montage durch a) Anwenden des kennzeichenlosen Identifizierungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, b) Durchführen einer Ähnlichkeitssuche der aktuell erzeugten digitalen Signatur unter den in der Referenz-Datenbank abgelegten Referenzen, c) Ermitteln der Identifikation des Bauteils über die maximale Erkennungswahrscheinlichkeit, wobei produktionsbedingte Verdrehungen, kleinere Lageabweichungen und/oder Rotationen der Bauteile gegenüber der Registrierung (Referenz) systembedingt berücksichtigt werden, und d) Zuordnen und Speichern von Prozessparametern und/oder Prozessdaten zu dem Kennzeichen des gespeicherten Bauteils, wobei eine entsprechende Bauteilhistorie erstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass experimentell für die Erkennungswahrscheinlichkeit ein Schwellwert definiert wird derart, dass für den Fall, dass beim Ermitteln der Identifikation des Bauteils die Erkennungswahrscheinlichkeit unter dem Schwellwert liegt, die entsprechende Bauteile als nicht erkannt gelten, hingegen für den Fall, dass die Erkennungswahrscheinlichkeit über dem Schwellwert liegt, der Datenbankeintrag mit dem höchsten Wert als identifiziertes Bauteil ausgegeben wird.
Verfahren zum Verfolgen und Wiedererkennen von Bauteilen in einem Produktionsprozess mit mehreren Prozessschritten zwischen unterschiedlichen Produktionslinien durch: a) Anwenden des kennzeichenlosen Identifizierungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und Registrieren der Bauteile nach deren mechanischer Bearbeitung am Ende der entsprechenden Produktionslinie, b) Zwischenlagern (Puffern) der registrierten, bearbeiteten Bauteile in einem sog. Supermarkt, c) Zuführen mindestens eines im Supermarkt zwischengelagerten Bauteils zu einer Montagelinie des Produktionsprozesses nach vorheriger Anwendung des Identifizierungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, und d) datentechnische Zuordnung der kennzeichenlosen Identifizierung jedes der Montagelinie zugeführten Bauteils zu einem RFID-Tag des jeweils zugehörigen Bauteilträgers, e) Auslesen des RFID-Tags des jeweiligen Bauteilträgers zwecks Identifizierung des zugehörigen Bauteils über letzteren in der Montagelinie (entsprechenden Produktionslinie).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, wobei bei sich ändernden einmaligen, charakteristischen, optischen Merkmalen während eines Prozessschrittes die geänderten einmaligen, optischen Merkmale nach dem Prozessschritt das aktuelle Kennzeichen des Bauteils bilden.
System zum kennzeichenlosen Identifizieren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, optional zur Rückverfolgung eines Bauteils in einem Produktionsprozess nach einem der Ansprüche 6 und 7 sowie zum Verfolgen und Wiedererkennen nach Anspruch 8 und 9, mit optischen Erfassungseinrichtungen, aufweisend eine Kamera sowie Beleuchtung mit homogenem Leuchtfeld zum bildmäßigen Erfassen der Oberfläche des jeweiligen Bauteils, mit Bildverarbeitungsvorrichtungen zur mindestens teilweisen Maskierung des jeweils erfassten Bildes der Oberfläche der jeweiligen Bauteile sowie zur Bestimmung der individuellen Oberflächenmerkmale letzterer und zur Erzeugung jeweils einer digitalen Signatur auf der Basis der individuellen Oberflächenmerkmalen, mit einer Datenbank zum Speichern der jeweiligen digitalen Signatur als Referenz zum registrierten Bauteil, mit vorgegebenen Algorithmen zur Ähnlichkeitssuche einer aktuellen Signatur in der Datenbank und zur Erfassung der höchsten Erkennungswahrscheinlich bezüglich der Bauteilidentifikation sowie mit Einrichtungen zur Zuordnung von Fertigungsparametern zu in der Datenbank gespeicherten Signatur der jeweiligen Bauteile sowie zur Konfiguration von Prüfeinstellungen und zum Einlernen neuer Bauteile in die Bildverarbeitungsanlagen.
Ein Programm, das direkt in den internen Speicher eines Computers geladen werden kann und Softwareabschnitte umfasst, mit denen ein Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen ist, wenn das Programm auf einem Computer läuft.
Ein Programm, das dazu geeignet ist, einen Computer zur Ausführung eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 zu bringen.
Vorrichtung, eingerichtet, ausgelegt, konstruiert und/oder ausgerüstet mit einer Software zum Durchführen eines Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 9.
Computerlesbares Medium mit darauf gespeicherten computerimplementierten Instruktionen, die geeignet sind einen Prozessor zu veranlassen, bei einem Verfahren zum Rückverfolgen eines Bauteils in einem Produktionsprozess mit einem oder mehreren Prozessschritten vor dessen Bearbeitung oder Montage folgende aufeinander folgende Verfahrensschritte auszuführen: a) Anwenden des kennzeichenlosen Identifizierungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, b) Durchführen einer Ähnlichkeitssuche der aktuell erzeugten digitalen Signatur unter den in der Referenz-Datenbank abgelegten Referenzen, c) Ermitteln der Identifikation des Bauteils über die maximale Erkennungswahrscheinlichkeit, wobei produktionsbedingte Verdrehungen, kleinere Lageabweichungen und/oder Rotationen der Bauteile gegenüber der Registrierung (Referenz) systembedingt berücksichtigt werden, und d) Zuordnen und Speichern von Prozessparametern und/oder Prozessdaten zu dem Kennzeichen des gespeicherten Bauteils, wobei eine entsprechende Bauteilhistorie erstellt wird.