Die Erfindung betrifft ein System, Verfahren und Computerprogramm zur automati sierten Befundung wenigstens eines Bauteils

Die EP 3757869 A1 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung und Darstellung von po tenziellen Schadstellen an Objekten von Freileitungen. Nach einem Aspekt werden aus einem mittels Laserscaneinrichtung ermittelten Punktwolkendatensatz über die Freileitung und ihre Umgebung, der zu den einzelnen Punkten auch die exakte Posi tion umfasst, Infrastrukturelemente der Freileitung wie Masten, und Komponenten wie Armaturen und Anbauelemente ermittelt und Darstellungen dieser Elemente auf erkennbare Schäden wie Brüche, Absplitterungen aber auch Fremdkörper wie Eisbe hang oder Bewuchs analysiert. Dazu können aus dem Stand der Technik bekannte Methoden des maschinellen Lernens eingesetzt werden.

Ferner sind automatisierte und hochpräzise Produktfehlersuchverfahren auf Basis künstlicher Intelligenz für zerstörungsfreie Prüfverfahren bekannt, siehe beispiels weise https://weisswaszu.de/Digitalisierung/kuenstliche-intelligen z-sucht-fehler-in- bauteilen/.

Die EP 2609460 B1 offenbart ein Verfahren zur automatischen Fokussierung von biologischem Material bei der Fluoreszenzmikroskopie.

Auch bei der Bauteilbeurteilung, beispielsweise nach durchgeführten Versuchen, ist die optische Befundung ein Standard. Bei der Bauteilbeurteilung ist im bekannten Stand der Technik ein hoher manueller Aufwand für wiederkehrende Befundungen notwendig. Die Vergleichbarkeit von unterschiedlichen Befundungen kann beispiels weise durch unterschiedliche Lichtverhältnisse beeinträchtigt werden.

Davon ausgehend lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine standardisierte und automatisierte Befundung von Bauteilen in der Entwicklung oder Vorserie bereitzu stellen. Die Gegenstände der unabhängigen und nebengeordneten Ansprüche lösen jeweils diese Aufgabe.

Nach einem Aspekt stellt die Erfindung ein System bereit zur automatisierten Befun dung wenigstens eines Bauteils. Das System umfasst eine Bildgebungseinrichtung, ausgeführt wenigstens einen Bereich des Bauteils abzubilden. Ferner umfasst das System eine Führungseinrichtung, ausgeführt das Bauteil relativ zu der Bildgebungs einrichtung zu positionieren. Außerdem umfasst das System eine Auswerteeinrich tung, ausgeführt ein Computerprogramm auszuführen, das ein Abbild der Bildge bungseinrichtung einliest, Fehlstellen des Bauteils klassifiziert und/oder lokalisiert und die Fehlstellen ausgibt, wenn das Computerprogramm auf der Auswerteeinheit läuft.

Nach einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren bereit zur automati sierten Befundung wenigstens eines Bauteils. Das Bauteil wird relativ zu einer Bild gebungseinrichtung automatisiert positioniert. Die Bildgebungseinrichtung bildet we nigstens einen Bereich des Bauteils ab. Bei dem erhaltenen Abbild werden durch Ausführen eines trainierten Maschinenlernprogramms Fehlstellen des Bauteils klassi fiziert und/oder lokalisiert.

Nach einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Computerprogramm bereit zur automatisierten Befundung wenigstens eines Bauteils. Das Computerprogramm um fasst Befehle, die bewirken, dass ein Computer ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt, wenn der Computer das Computerprogramm ausführt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Definitionen, den Unteransprüchen, den Zeichnungen und der Beschreibung bevorzugter Ausfüh rungsbeispiele.

Die Befehle des erfindungsgemäßen Computerprogramms umfassen Maschinenbe fehle, Quelltext oder Objektcode geschrieben in Assemblersprache, einer objektori entierten Programmiersprache, beispielsweise C++, oder in einer prozeduralen Programmiersprache, beispielsweise C. Das Computerprogramm wird ganz oder teil weise auf einem integrierten Schaltkreis oder in einem Remote-System umfassend eine Cloud ausgeführt. Nach einem Aspekt wird beispielsweise ein FPGA-Chip mit tels Hardwareprogrammbefehlen konfiguriert, die Verfahrensschritte auszuführen.

Die Erfindung betrifft auch einen Datenträger, auf dem das erfindungsgemäße Com puterprogramm gespeichert ist. Der Datenträger umfasst flüchtige Speicher, bei spielsweise RAM, DRAM, SRAM, und nichtflüchtige Speicher, beispielsweise ROM, Flash-EEPROM. Die Datenträger sind beispielsweise Flash-Speicherkarten, USB- Sticks.

Die Erfindung betrifft auch ein Datenträgersignal, das das erfindungsgemäße Com puterprogramm überträgt. Das Datenträgersignal wird beispielsweise mittels Funk technologie umfassend 5G-Technologie oder optisch übertragen. Damit kann Soft- ware-over-the-air bereitgestellt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen System können Bauteile in der Entwicklung, beispiels weise nach durchgeführten Versuchen, automatisiert, das heißt ohne manuellen Auf wand, beurteilt werden. Für wiederkehrende Befundungen ist damit im Vergleich zum bekannten Stand der Technik kein hoher Aufwand erforderlich.

Bauteile umfassen Maschinenteile, beispielsweise Teile von Antriebssträngen eines Fahrzeuges, beispielsweise Getriebeteile, und Elektronikteile, beispielsweise Teile von Hardwaremodulen, beispielsweise Steuergeräten.

Die Befundung ist nach einem Aspekt eine optische Befundung. Die Bildgebungsein- richtung umfasst beispielsweise ein Kamerasystem umfassend eine Optik und einen Bildgebungssensor. Der Bildgebungssensor misst beispielsweise von dem Bauteil re flektierte elektromagnetische Strahlung umfassend elektromagnetische Strahlung im sichtbaren und/oder infrarotem Bereich. Nach einem weiteren Aspekt ist der Bildge bungssensor ein time-of-flight Sensor, ein Radarsensor oder ein Lidarsensor. Damit werden Tiefeninformationen des Bauteils erhalten. Nach einem weiteren Aspekt um fasst die Bildgebungseinrichtung eine Kombination aus Kamera-, Radar- und/oder Lidarsensoren. Nach einem weiteren Aspekt ist eine Strahlungseinrichtung in die Bildgebungseinrichtung integriert. Die Strahlungseinrichtung strahlt das Bauteil an. Damit können Reflexionseigenschaften des Bauteils ausgewertet werden.

Die Führungseinrichtung bewegt beispielsweise das Bauteil in einer oder mehreren Dimensionen, beispielsweise in zwei Dimensionen innerhalb einer Ebene. Die Füh rungseinrichtung ist nach einem weiteren Aspekt ausgeführt, das Bauteil relativ zu der Bildgebungseinrichtung über einen großen Verfahrweg reproduzierbar im Milli- bis hin zum Mikrometerbereich zu positionieren.

Die Auswerteeinrichtung ist nach einem Aspekt in das System eingebettet. Beispiels weise ist die Auswerteeinrichtung ein Mikrokontroller des Systems. Nach einem wei teren Aspekt ist die Auswerteeinrichtung eine Remote-Einrichtung. Nach einem wei teren Aspekt umfasst die Auswerteeinrichtung einen Speicher, in den die klassifizier ten und/oder lokalisierten Fehlstellen des Bauteils zu Dokumentationszwecken ge schrieben werden. Nach einem weiteren Aspekt umfasst die Auswerteeinrichtung eine Schnittstelle, beispielsweise eine Funk- oder drahtgebundene Schnittstelle, zu einem derartigen Speicher. Fehlstellen umfassen Problemstellen.

Nach einem weiteren Aspekt ist die die Auswerteeinrichtung ausgeführt, die Fehlstel len basierend auf einem Soll-/lst-Vergleich von Abbildern des Bauteils zu klassifizie ren und/oder lokalisieren. Mittels des Soll-/lst-Vergleiches können Fehlstellen eindeu tig klassifiziert und/oder lokalisiert werden. Nach einem Aspekt ist die Auswerteein richtung ausgeführt, Soll-Abbilder des Bauteils nachzuschlagen und mit den Ist- Ab bildern zu vergleichen. Die Soll-Abbilder sind beispielsweise in einem internen Spei cher der Auswerteeinrichtung hinterlegt oder werden aus einem Cloud-Speicher gela den. Der Soll-/lst-Vergleich erfolgt nach einem Aspekt pixel- oder Bit-weise.

Nach einem weiteren Aspekt ist die Auswerteeinrichtung ausgeführt, die Fehlstellen durch Ausführen eines trainierten Maschinenlernprogramms zu klassifizieren und/o der lokalisieren. Das trainierte Maschinenlernprogramm hat nach einem Aspekt Soll- Abbilder datengetrieben gelernt und führt den Sol st-Vergleich automatisiert aus, ohne auf hinterlegte Soll-Abbilder zuzugreifen. Beispielsweise wurde das Maschinenlernprogramm überwacht trainiert mit mehreren Soll-Abbildern verschiede ner Bauteile unter verschiedenen Umgebungsbedingungen, beispielsweise unter ver schiedenen Lichtverhältnissen. Das Maschinenlernprogramm umfasst eine Support Vector Machine, einen Random Forest Klassifizierer oder ein künstliches neuronales Netzwerk. Nach einem Aspekt ist das Maschinenlernprogramm ein Faltungsnetz werk.

Nach einem weiteren Aspekt umfasst das System eine Strahlungseinrichtung zum Anstrahlen des Bauteils. Das System ist ausgeführt, die Strahlungseinrichtung relativ zu dem Bauteil und/oder relativ zu der Bildgebungseinrichtung zu positionieren. Dadurch wird erreicht, dass ein Bauteil wiederkehrend in einer gleichen Position rela tiv zu der Bildgebungseinrichtung unter gleichen Strahlungsbedingungen ausgerich tet wird. Damit werden die Befundungen reproduzierbar.

Die Strahlungseinrichtung ist beispielsweise eine Lichtquelle, beispielsweise eine LED oder ein Array von LEDs. Beispielsweise werden damit unterschiedliche Befun dungen nicht durch andere Lichtverhältnisse beeinträchtigt.

Nach einem weiteren Aspekt umfasst das System wenigstens eine Steuerungsein richtung zum automatisierten Ansteuern der Bildgebungseinrichtung, der Führungs einrichtung und/oder der Strahlungseinrichtung.

Die Steuerungseinrichtung umfasst nach einem Aspekt Achsantriebe, beispielsweise motorgetriebene Kugelgewindetriebe, andere Gewindetriebe oder auch Linearmoto ren.

Nach einem Aspekt ist die Steuerungseinrichtung ausgeführt, basierend auf den Ab bildern der Bildgebungseinrichtung und/oder basierend auf Signalen der Auswer teeinrichtung Regel- und/oder Steuersignale für die Führungseinrichtung und/oder die Strahlungseinrichtung zu bestimmen. Erfindungsgemäß umfasst die Führungseinrichtung wenigstens einen Kreuztisch. Nach einem weiteren Aspekt umfasst die Führungseinrichtung wenigstens einen Ro boterarm.

Ein Kreuztisch, auch XY-Tisch oder Kreuzsupport genannt, ist ein Zweiachssystem, bestehend aus zwei einachsigen Linearführungssystemen, das Bewegen eines Ob jektes in zwei Richtungen innerhalb einer Ebene ermöglicht. Die zwei Führungen des Kreuztisches legen die Bewegungsrichtungen in X- und Y-Richtung fest. Sie sind ge kreuzt eingearbeitet. Der Winkelversatz beträgt in der Regel im Wesentlichen 90 Grad. Nach einem Aspekt ist der Kreuztisch ein Schwenktisch, bei dem dieser Winkel einstellbar ist. Durch das Zusammenspiel der beiden Achsen kann das Bauteil jede Position im Bereich derX-Y-Ebene einnehmen, solange sich die Position im Bereich der Bewegungsmöglichkeiten der Führungen, das heißt dem Verfahrweg, befindet.

Der Roboterarm ist nach einem Aspekt ein Gelenkarmroboter mit mehreren Freiheits graden, beispielsweise 4, 5 oder 6. Der Roboterarm ist nach einem Aspekt ausge führt, Lasten bis zu 10kg zu tragen.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Bauteil relativ zu einer das Bauteil anstrahlenden Strahlungseinrichtung automatisiert positioniert. Damit wird der Automatisierungsgrad erhöht.

Nach einem weiteren Aspekt wird zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Ver fahrens ein erfindungsgemäßes System verwendet wird.

Die in dem Verfahren klassifizierten und/oder lokalisierten Fehlstellen des Bauteils werden nach einem Aspekt zu Dokumentationszwecken gespeichert.

Die Erfindung wird in den folgenden Ausführungsbeispielen verdeutlicht. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematische Darstellung eines erfindungsgemäßes System und

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsähnliche Bezugsteile. Übersichtshalber werden in den einzelnen Figuren nur die jeweils rele vanten Bezugsteile hervorgehoben.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems 10 umfasst eine Kamera als Bildgebungseinrichtung 1. Die Bildgebungseinrichtung 1 macht ein Abbild eines Bauteils B. Basierend auf dem Abbild wird ein optischer Be fund des Bauteils B erhalten.

Ferner umfasst das System 10 einen Kreuztisch als Führungseinrichtung 2. Die Füh rungseinrichtung 2 positioniert automatisiert das Bauteil B in einem Erfassungsbe reich der Bildgebungseinrichtung 1 an einer bestimmten Stelle und erlaubt damit wie derkehrende und reproduzierbare optische Befunde. In einer alternativen Ausgestal tung ist die Führungseinrichtung 2 ein Gelenkarmroboter.

Außerdem umfasst das System 10 eine Auswerteeinrichtung 3. Die Auswerteeinrich tung 3 liest, beispielsweise über eine Datenschnittstelle zu der Bildgebungseinrich tung 1, das mit der Bildgebungseinrichtung 1 erhaltene Abbild des Bauteils B ein. Die Auswerteeinrichtung 3 prozessiert das Abbild durch ein künstliches neuronales Netz werk, das trainiert ist, Fehlstellen in Bauteilen B zu klassifizieren und/oder auf dem Bauteil B zu lokalisieren. Die klassifizierten und/oder lokalisierten Fehlstellen gibt das trainierte künstliche neuronale Netzwerk aus, beispielsweise über eine Ausgangs schnittstelle zu einem Datenspeicher zu Dokumentationszwecken oder zu einer An zeigeeinrichtung.

Das System 10 umfasst des Weiteren eine Strahlungseinrichtung 4, beispielsweise eine Lichtquelle. Die Strahlungseinrichtung 4 strahlt das Bauteil B unter gleichen Strahlungsbedingungen an, um beispielsweise gleiche Lichtverhältnisse bei der Ab bildung des Bauteils B mit der Bildgebungseinrichtung 1 sicherzustellen.

Das System 10 umfasst auch eine Steuerungseinrichtung 5. Die Steuerungseinrich tung 5 steuert die Bildgebungseinrichtung 1, die Führungseinrichtung 2 und/oder die Strahlungseinrichtung 5 an, um das Bauteil automatisiert relativ zu der Bildgebungs- einrichtung 1 und/oder der Strahlungseinrichtung 5 zu positionieren.

In Fig.2 wird in einem Verfahrensschritt V1 das Bauteil B relativ zu der Bildgebungs- einrichtung 1 automatisiert positioniert. In einem Verfahrensschritt V2 bildet die Bild- gebungseinrichtung 1 wenigstens einen Bereich des Bauteils B ab. In einem Verfah rensschritt V3 werden bei dem erhaltenen Abbild durch Ausführen eines trainierten Maschinenlernprogramms Fehlstellen des Bauteils B klassifiziert und/oder lokalisiert.

Bezuqszeichen

B Bauteil

10 System

1 Bildgebungseinrichtung

2 Führungseinrichtung

3 Auswerteeinrichtung

4 Strahlungseinrichtung

5 Steuerungseinrichtung V1 -V3 Verfahrensschritte