(19)
(11)EP 3 891 467 B1

(12)EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT

(45)Hinweis auf die Patenterteilung:
14.09.2022  Patentblatt  2022/37

(21)Anmeldenummer: 20706960.0

(22)Anmeldetag:  12.02.2020
(51)Internationale Patentklassifikation (IPC): 
G01B 21/30(2006.01)
(52)Gemeinsame Patentklassifikation (CPC) :
G01B 21/30
(86)Internationale Anmeldenummer:
PCT/EP2020/053519
(87)Internationale Veröffentlichungsnummer:
WO 2020/165197 (20.08.2020 Gazette  2020/34)

(54)

VERFAHREN ZUM ÜBERPRÜFEN EINER QUALITÄT EINES WERKSTÜCKS SOWIE RECHENEINRICHTUNG

METHOD FOR TESTING A QUALITY OF A WORKPIECE AND COMPUTING APPARATUS

PROCÉDÉ DE CONTRÔLE D'UNE QUALITÉ D'UNE PIÈCE ET DISPOSITIF DE CALCUL


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

(30)Priorität: 14.02.2019 EP 19157157

(43)Veröffentlichungstag der Anmeldung:
13.10.2021  Patentblatt  2021/41

(73)Patentinhaber: Siemens Aktiengesellschaft
80333 München (DE)

(72)Erfinder:
  • HAGHANI, Adel
    97074 Würzburg (DE)


(56)Entgegenhaltungen: : 
DE-A1-102015 013 607
JP-A- H11 281 336
  
  • E Rubio ET AL: "A Wavelet Approach to Estimate The Quality of Ground Parts", Journal of applied research and technology, Februar 2012 (2012-02), Seiten 28-37, XP055582794, Gefunden im Internet: URL:http://www.scielo.org.mx/pdf/jart/v10n 1/v10n1a4.pdf [gefunden am 2019-04-24] in der Anmeldung erwähnt
  • XIANGYANG LIU ET AL: "Analyzing engineering surface texture using wavelet filter", PROCEEDINGS OF SPIE MEDICAL IMAGING 1997, Bd. 2825, 23. Oktober 1996 (1996-10-23), Seiten 942-949, XP055582856, 1000 20th St. Bellingham WA 98225-6705 USA ISSN: 0277-786X, DOI: 10.1117/12.255308 ISBN: 978-1-5106-2781-9
  • S-H. LEE ET AL: "Morphological characterisation of engineered surfaces by wavelet transform", INTERNATIONAL JOURNAL OF MACHINE TOOLS AND MANUFACTURE, Bd. 38, Nr. 5-6, Juni 1998 (1998-06), Seiten 581-589, XP055583028, AMSTERDAM, NL ISSN: 0890-6955, DOI: 10.1016/S0890-6955(97)00105-3
  • GRZESIK W ET AL: "Wavelet and fractal approach to surface roughness characterization after finish turning of different workpiece materials", JOURNAL OF MATERIALS PROCESSING TECHNOLOGY, ELSEVIER, NL, Bd. 209, Nr. 5, März 2009 (2009-03), Seiten 2522-2531, XP025914746, ISSN: 0924-0136, DOI: 10.1016/J.JMATPROTEC.2008.06.009 [gefunden am 2008-06-14]
  
Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen).


Beschreibung


[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen einer Qualität eines Werkstücks. Bei dem Verfahren wird ein bestimmtes Messsignal empfangen, wobei zum Bestimmen des Messsignals zu vorbestimmten Zeitpunkten Messwerte erfasst werden. Dabei beschreiben die Messwerte äußere Abmessungen des Werkstücks. Darüber hinaus wird ein Referenz-Messsignal bereitgestellt, wobei das Referenz-Messsignal ein Messsignal eines Referenz-Werkstücks beschreibt. Des Weiteren wird ein Differenzsignal anhand eines Unterschieds zwischen dem Messsignal und dem Referenz-Messsignal bestimmt. Die Qualität des Werkstücks wird dann anhand des Differenzsignals überprüft. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Recheneinrichtung für ein Prüfsystem zum Überprüfen einer Qualität eines Werkstücks.

[0002] Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Verfahren zum Überprüfen einer Qualität eines Werkstücks bekannt. Mit einem derartigen Verfahren soll insbesondere überprüft werden, ob die räumlichen Abmessungen des Werkstücks innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs liegen. Derartige Verfahren können bei unterschiedlichen Werkstücken verwendet werden. Beispielsweise kann die Qualität von Werkstücken nach der Fertigung überprüft werden. Zudem kann überprüft werden, ob Werkstücke während einer Verwendung abgenutzt wurden.

[0003] Aus dem Stand der Technik ist es ferner bekannt, dass das Werkstück zur Qualitätsprüfung entsprechend vermessen wird. Hierzu kann eine entsprechende Messeinrichtung verwendet werden, mittels welcher die äußeren Abmessungen des Werkstücks bestimmt werden können. Beispielsweise kann das Werkstück mittels der Messeinrichtung zu vorbestimmten Zeitpunkten an vorbestimmten Positionen vermessen werden. Auf Grundlage dieser Messwerte kann dann ein Messsignal erzeugt werden, welches wiederum mit einem Referenz-Messsignal verglichen werden kann. Dieses Referenz-Messsignal stammt von Messungen an einem Referenz-Werkstück, welches Soll-Abmessungen aufweist. Darüber hinaus kann ein Differenzsignal bestimmt werden, welches einen Unterschied zwischen dem Messsignal und dem Referenz-Messsignal beschreibt. Falls sich das Differenzsignal in einem vorbestimmten Toleranzbereich befindet, kann die Qualität des Werkstücks als ausreichend angesehen werden. Falls das Differenzsignal außerhalb des Toleranzbereichs liegt, kann hingegen angenommen werden, dass die Qualität des Werkstücks nicht ausreichend ist.

[0004] Die DE 10 2015 013 607 A1 offenbart ein System zum Messen einer Komponente, wobei das System eine Steuerung umfasst, die mit einem Messfühler und einem Aktor verbunden ist. Die Steuerung ist dazu ausgebildet, Koordinaten der Zielpunkte der bestimmungsgemäßen Form zu empfangen, Koordinaten der tatsächlichen Zielpunkte der Komponente relativ zu einer oder mehreren Komponentenbezugsgrößen basierend auf den Signalen zu bestimmen und einen Vergleich der Koordinaten der Zielpunkte der bestimmungsgemäßen Form und der Koordinaten der tatsächlichen Zielpunkte durchzuführen. Des Weiteren ist die Steuerung dazu ausgebildet, einen Abweichungsbericht basierend auf dem Vergleich zu erstellen, und Informationen von dem Abweichungsbericht nach einer Wellenlänge in mehrere Abweichungskategorien entsprechend den Komponentenspezifikationsanforderungen der Komponente zu filtern.

[0005] Ferner ist aus der JP H11 281336 A eine Vorrichtung zur Inspektion von Oberflächenfehlern bekannt. Die Vorrichtung umfasst Kontaktkörper, die so angeordnet sind, dass sie mit einem vorgeschriebenen Abstand in Umfangsrichtung eines zu inspizierenden Körpers in Kontakt gebracht werden. Die Kontaktkörper werden synchron gedreht, und die Vorsprünge der Oberfläche des zu prüfenden Körpers werden durch Verschiebungsmesseinrichtungen geprüft. Wenn die Positionen der zwei Vorsprünge in den erfassten Daten einem vorgeschriebenen Intervall entsprechen, wird durch ein Beurteilungsmittel beurteilt, dass die Vorsprünge Oberflächendefekte sind.

[0006] E. Rubio et al: "A Wavelet Approach to Estimate The Quality of Ground Parts", Journal of applied research and technology, 2012, beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen der Qualität von Werkstücken anhand einer Wavelet-Analyse von Messsignalen.

[0007] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie die Qualität eines Werkstücks der eingangs genannten Art auf einfache Weise zuverlässiger bestimmt werden kann.

[0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, durch eine Recheneinrichtung sowie durch ein Computerprogramm mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0009] Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Überprüfen einer Qualität eines Werkstücks durch eine Recheneinrichtung. Das Verfahren umfasst das Empfangen eines bestimmten Messsignals, wobei zum Bestimmen des Messsignals zu vorbestimmten Zeitpunkten Messwerte, welche äußere Abmessungen des Werkstücks beschreiben, entlang des Werkstücks erfasst werden. Darüber hinaus umfasst das Verfahren das Bereitstellen eines Referenz-Messsignals, wobei das Referenz-Messsignal ein Messsignal eines Referenz-Werkstücks beschreibt. Ferner umfasst das Verfahren das Bestimmen eines Differenzsignals anhand eines Unterschieds zwischen dem Messsignal und dem Referenz-Messsignal. Außerdem umfasst das Verfahren das Überprüfen der Qualität des Werkstücks anhand des Differenzsignals. Hierbei ist vorgesehen, dass ein Frequenzspektrum des Differenzsignals bestimmt wird und überprüft wird, ob zumindest eine vorbestimmte Schwingung in dem Frequenzspektrum vorhanden ist. Außerdem wird die Qualität des Werkstücks anhand des Vorhandenseins der zumindest einen vorbestimmten Schwingung überprüft.

[0010] Mithilfe des Verfahrens soll die Qualität eines Werkstücks überprüft werden. Insbesondere kann mit dem Verfahren überprüft werden, ob die äußeren Abmessungen des Werkstücks und/oder eine Oberflächenbeschaffenheit den gewünschten Vorgaben entspricht. Das Werkstück kann beispielsweise mittels einer Werkzeugmaschine hergestellt beziehungsweise gefertigt werden. Beispielsweise kann das Werkstück durch spanende Verarbeitung, additive Fertigung, ein Umformverfahren, ein Abformverfahren, ein Pressverfahren, ein Druckverfahren oder dergleichen hergestellt werden. Das Werkstück kann aus einem Metall, einer Keramik oder einem Kunststoff gefertigt sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Qualität des Werkstücks nach dessen Verwendung beziehungsweise Nutzung überprüft wird. Auf diese Weise kann ermittelt werden, ob das Werkstück abgenutzt und/oder beschädigt wurde. Zum Überprüfen der Qualität des Werkstücks kann ein entsprechendes Prüfsystem beziehungsweise eine Werkzeugmaschine verwendet werden. Dieses Prüfsystem kann eine Messeinrichtung aufweisen, mittels welcher die Messwerte bereitgestellt werden können. Diese Messwerte beschreiben die äußeren Abmessungen des Werkstücks. Die Messwerte können also die Erstreckung des Werkstücks in zumindest eine Raumrichtung beschreiben. Darüber hinaus können die Messwerte eine Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks beschreiben. Mittels der Messeinrichtung können die Messwerte zu vorbestimmten Zeitpunkten beziehungsweise mit einer vorbestimmten Abtastrate bestimmt werden. Hierbei ist es insbesondere vorgesehen, dass die Messeinrichtung entlang einer ersten Erstreckungsrichtung des Werkstücks bewegt wird und hierbei die Messwerte aufgenommen werden. Die Messwerte können die Erstreckung des Werkstücks in einer zweiten Erstreckungsrichtung beschreiben. Der zeitliche Verlauf der Messwerte beziehungsweise die zu den vorbestimmten Zeitpunkten aufgenommenen Messwerte können dann in dem Messsignal zusammengefasst werden.

[0011] Darüber hinaus wird das Referenz-Messsignal bereitgestellt. Dieses Referenz-Messsignal beschreibt ein Messsignal von einem Referenz-Werkstück. Dieses Referenz-Werkstück dient als Referenz für das zu fertigende Werkstück. Dieses Referenz-Werkstück entspricht insbesondere bezüglich der äußeren Abmessungen und/oder der Oberflächenbeschaffenheit den Soll-Vorgaben. Das Referenz-Messsignal wird analog zu dem Messsignal bestimmt. Des Weiteren wird das Differenzsignal bestimmt, welches einen Unterschied beziehungsweise eine Differenz zwischen dem Messsignal und dem Referenz-Messsignal beschreibt. Dieses Differenzsignal wird nun verwendet, um die Qualität des Werkstücks zu überprüfen.

[0012] Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Frequenzspektrum des Differenzsignals bestimmt wird. Auf diese Weise können die einzelnen Frequenzanteile des Differenzsignals untersucht werden. Es wird nun überprüft, ob in dem Frequenzspektrum eine vorbestimmte Schwingung oder vorbestimmte Schwingungen vorhanden sind. Auf Grundlage des Vorhandenseins der vorbestimmten Schwingung wird die Qualität des Werkstücks überprüft. Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Differenzsignal, entsprechende Schwankungen aufweisen kann, falls die äußere Form beziehungsweise die äußeren Abmessungen des Werkstücks von denen des Referenz-Werkstücks abweichen. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird lediglich überprüft, ob die Amplitude des Differenzsignals innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs liegt. Dabei kann es der Fall sein, dass Abweichungen der äußeren Abmessungen und/oder der Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks, die von dem Referenz-Werkstück abweichen, nicht zuverlässig erkannt werden können. Durch die Auswertung des Frequenzspektrums des Differenzsignals können diese Abweichungen auf zuverlässige Weise erkannt werden. Es hat sich herausgestellt, dass bestimmte Abweichungen des Werkstücks von dem Referenz-Werkstück auf Grundlage von Schwankungen in dem Differenzsignal erkannt werden können. Diese Schwingungen treten üblicherweise in einem bestimmten Frequenzbereich auf. Diese Schwankungen beziehungsweise Schwingungen können durch die Bestimmung des Frequenzspektrums des Differenzsignals erkannt werden. Insgesamt kann somit die Qualität des Werkstücks auf einfache Weise zuverlässiger überprüft werden.

[0013] Zudem wird eine Mehrzahl von Frequenzbereichen vorgegeben, und für die Mehrzahl von Frequenzbereichen wird jeweils ein Frequenzspektrum des Differenzsignals bestimmt. Das Differenzsignal kann also in unterschiedlichen Frequenzbereichen beziehungsweise Frequenzbändern ausgewertet werden. Somit kann überprüft werden, ob in den jeweiligen Frequenzbereichen die vorbestimmte Schwingung beziehungsweise eine vorbestimmte Schwingung vorhanden ist. Alternativ (nicht beansprucht) oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Differenzsignal für eine Mehrzahl von Zeitbereichen ausgewertet wird. In Versuchen kann ermittelt werden, ob die Schwingungen in bestimmten Frequenzbereichen und/oder Zeitbereichen auftreten. In Abhängigkeit von dem Ergebnis der Versuche können dann gezielt einzelne Zeitbereiche und/oder Frequenzbereiche dahingehend überprüft werden, ob sie diese vorbestimmte Schwingung in dem Frequenzspektrum aufweisen.

[0014] In einer weiteren Ausführungsform werden die Frequenzspektren für die Mehrzahl von Frequenzbereichen mittels einer Wavelet-Transformation bestimmt. Es kann beispielsweise eine Wavelet-Analyse durchgeführt werden, bei welcher ein Übergang von der Zeitdarstellung in die Spektraldarstellung durchgeführt wird. Hierbei kann die dabei benutzte Basisfunktion für die Wavelet-Transformation entsprechend an die gewünschten Frequenzbereiche angepasst werden. Durch die Wavelet-Transformation beziehungsweise die Wavelet-Analyse kann eine einfache und zuverlässige Auswertung der Frequenzbereiche erfolgen.

[0015] Ferner wird ein Frequenzspektrum für das Referenz-Messsignal bestimmt und anhand des Frequenzspektrums für das Referenz-Messsignal wird für die jeweiligen Frequenzbereiche ein zulässiger Bereich bestimmt. Darüber hinaus wird bevorzugt überprüft, ob eine Amplitude des Frequenzspektrums des Differenzsignals in den zulässigen Bereichen für die jeweiligen Frequenzbereiche liegt. Für ein Referenz-Werkstück kann das Frequenzspektrum auf Grundlage des Referenz-Messsignals bestimmt werden. Insbesondere ist es vorgesehen, dass von einer Mehrzahl von Referenz-Werkstücken jeweils das Frequenzspektrum bestimmt wird. Für die definierten Frequenzbereiche und/oder Zeitbereiche können dann für die Amplitude des Spektrums der Mittelwert und/oder die Varianz bestimmt werden. Hieraus kann dann der zulässige Bereich für die Amplitude des Frequenzspektrums in dem jeweiligen Frequenzbereich bestimmt werden. Wenn bei der Überprüfung des Werkstücks das Frequenzspektrum bestimmt wird, kann dieses mit dem zulässigen Bereich verglichen werden. Falls die Amplitude des Frequenzspektrums innerhalb des zulässigen Bereichs liegt, kann die Qualität des Werkstücks als ausreichend betrachtet werden. Falls die Amplitude des Frequenzspektrums aber außerhalb des zulässigen Bereichs liegt, kann die Qualität des Werkstücks als unzureichend angenommen werden. Somit kann die Qualität des Werkstücks mit geringem Rechenaufwand und dennoch zuverlässig ermittelt werden. Bevorzugt wird die Qualität des Werkstücks als unzureichend eingestuft, falls das Frequenzspektrum die zumindest eine vorbestimmte Schwingung aufweist. Das Vorhandensein der vorbestimmten Schwingung in dem Frequenzspektrum kann insbesondere anhand einer Amplitude oder Leistung des Frequenzspektrums bestimmt werden. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass überprüft wird, ob diese Schwingung in einem vorbestimmten Frequenzbereich vorhanden ist. Falls diese Schwingung nicht erkannt wird, kann die Qualität des Werkstücks als ausreichend eingestuft werden. Auf diese Weise kann die Qualität des Werkstücks auf einfache Weise ermittelt werden.

[0016] Es kann ferner vorgesehen sein, dass parallel zur Auswertung des Frequenzspektrums des Differenzsignals überprüft wird, ob die Amplitude des Differenzsignals innerhalb des vorbestimmten Toleranzbereichs liegt. Damit kann die Bestimmung der Qualität des Werkstücks präziser durchgeführt werden.

[0017] In einer weiteren Ausführungsform wird in dem Frequenzspektrum ein Rauschbereich definiert, wobei der Rauschbereich bei der Überprüfung der Qualität des Werkstücks unberücksichtigt bleibt. Untersuchungen haben gezeigt, dass hochfrequente Anteile des Differenzsignals von einem Messrauschen stammen können. Diese hochfrequenten Anteile, die dem vorbestimmten Rauschbereich zugeordnet sind, können bei der Überprüfung der Qualität des Werkstücks unberücksichtigt bleiben. Zudem kann es vorgesehen sein, dass vorbestimmte Störungen mit typischen Frequenzen bei der Überprüfung der Qualität des Werkstücks unberücksichtigt bleiben. Beispielsweise können Schwingungen im Bereich von 50 Hz, die von der Netzfrequenz beziehungsweise einer Spannungsversorgung der Messeinrichtung stammen, bei der Überprüfung der Qualität unberücksichtigt bleiben. Somit kann erreicht werden, dass bei der Auswertung des Frequenzspektrums nur die irrelevanten Signalanteile, welche insbesondere Schwankungen des Differenzsignals beschreiben, berücksichtigt werden.

[0018] Weiterhin ist vorteilhaft, wenn die Messwerte eine Erstreckung des Werkstücks in Hochrichtung des Werkstücks für jeweilige Positionen entlang einer Längsrichtung des Werkstücks beschreiben. Wie bereits erläutert, können die Messwerte mittels einer entsprechenden Messeinrichtung erfasst werden. Die Messeinrichtung kann dabei die Erstreckung in Hochrichtung des Werkstücks erfassen. Hierzu kann die Messeinrichtung oder ein Teil davon das Werkstück berühren. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Messwerte berührungslos erfasst werden. Beispielsweise kann die Messeinrichtung einen entsprechenden Encoder aufweisen. Zum Erfassen der Messwerte kann die Messeinrichtung entlang der Längsrichtung des Werkstücks bewegt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Werkstück relativ zu der Messeinrichtung bewegt wird. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass die Relativbewegung des Werkstücks zu der Messeinrichtung mit einer konstanten Geschwindigkeit erfolgt. Zu den vorbestimmten Zeitpunkten werden dann die Messwerte aufgezeichnet. Somit ergibt sich eine zeitliche Abfolge der Messwerte, welche jeweiligen Positionen entlang der Längsrichtung des Werkstücks zugeordnet sind. Die zeitliche Abfolge von Messwerten beschreibt das Messsignal.

[0019] Eine erfindungsgemäße Recheneinrichtung für ein Prüfsystem zum Prüfen einer Qualität eines Werkstücks ist zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens und der vorteilhaften Ausgestaltungen davon ausgebildet. Die Recheneinrichtung kann einen Prozessor, einen digitalen Signalprozessor, eine anwendungsspezifische Schaltung, einen Rechner oder dergleichen aufweisen. Auf der Recheneinrichtung kann ein Computerprogramm ausgeführt werden.

[0020] Ein erfindungsgemäßes Prüfsystem umfasst eine erfindungsgemäße Recheneinrichtung. Das Prüfsystem kann durch eine entsprechende Werkzeugmaschine gebildet sein. Darüber hinaus kann das Prüfsystem eine Messeinrichtung aufweisen, mittels welcher die Messwerte bereitgestellt werden. Diese Messwerte können dann an die Recheneinrichtung übertragen werden. In einem entsprechenden Speicher des Prüfsystems können die Referenz-Werkstücke hinterlegt sein. Diese können dann ebenfalls der Recheneinrichtung zugeführt werden. Mittels der Recheneinrichtung kann dann das Differenzsignal bestimmt werden und das Frequenzspektrum des Differenzsignals bestimmt werden. Auf Grundlage des Frequenzspektrums kann dann die Qualität des Werkstücks mittels der Recheneinrichtung ermittelt werden.

[0021] Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm umfasst Befehle, die bei der Ausführung des Programms beziehungsweise Computerprogramms durch eine Recheneinrichtung diese veranlassen, das Verfahren auszuführen. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein computerlesbares (Speicher)medium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch eine Recheneinrichtung diese veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren und die vorteilhaften Ausgestaltungen auszuführen.

[0022] Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Recheneinrichtung, für das erfindungsgemäße Prüfsystem, für das erfindungsgemäße Computerprogramm sowie für das erfindungsgemäße computerlesbare Speicher(medium).

[0023] Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, der durch die Ansprüche definiert wird.

[0024] Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
FIG 1
in einer schematischen Darstellung ein Prüfsystem zum Prüfen einer Qualität eines Werkstücks;
FIG 2
einen Verlauf eines Differenzsignals, welches einen Unterschied zwischen einem Messsignal, welches das Werkstück beschreibt, und einem Referenz-Messsignal beschreibt;
FIG 3
eine Wavelet-Transformation eines Referenzmesssignals;
FIG 4
eine Wavelet-Transformation eines Differenzsignals; und
FIG 5
eine weitere Darstellung einer WaveletTransformation eines Differenzsignals.


[0025] In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

[0026] FIG 1 zeigt in einer stark vereinfachten schematischen Darstellung ein Prüfsystem 1. Mit diesem Prüfsystem 1 kann eine Qualität eines Werkstücks 2 überprüft werden. Das Werkstück 2 kann durch ein beliebiges Herstellungsverfahren hergestellt sein. Mittels des Prüfsystems 1 soll insbesondere überprüft werden, ob äußere Abmessungen des Werkstücks 2 in einem vorbestimmten Toleranzbereich liegen. Das Werkstück 2 ist vorliegend zum Prüfen auf einem Träger 3 angeordnet. Mittels einer Messeinrichtung 4 des Prüfsystems 1 werden Messwerte bereitgestellt, welche die äußeren Abmessungen des Werkstücks 2 beschreiben. Beispielsweise kann die Messeinrichtung 4 entlang einer Längsrichtung X des Werkstücks 2 bewegt werden. Zu vorbestimmten Zeitpunkten kann dann mittels der Messeinrichtung 4 jeweils ein Messwert aufgenommen werden, welcher beispielsweise eine Erstreckung des Werkstücks 2 entlang einer Hochrichtung Z des Werkstücks 2 beschreibt.

[0027] Der zeitliche Verlauf der Messwerte beziehungsweise die entlang der Längsrichtung X aufgenommenen Messwerte bilden ein Messsignal. Dieses Messsignal kann einer Recheneinrichtung 5 des Prüfsystems 1 zugeführt werden. In der Recheneinrichtung 5 beziehungsweise einem entsprechenden Speicher der Recheneinrichtung 5 kann zudem ein Referenz-Messsignal hinterlegt sein. Dieses Referenz-Messsignal stammt von einer Messung an zumindest einem Referenz-Werkstück. Mittels der Recheneinrichtung 5 kann ein Differenzsignal D bestimmt werden, welches eine Differenz beziehungsweise einen Unterschied zwischen dem Messsignal und dem Referenz-Messsignal beschreibt. Zudem Bestimmen des Differenzsignals D kann auf der Recheneinrichtung 5 ein Computerprogramm ausgeführt werden.

[0028] Hierzu zeigt FIG 2 beispielhaft einen Verlauf eines Differenzsignals D. Dabei ist auf der Abszisse die Längsrichtung X des Werkstücks 2 beziehungsweise die Zeit t und auf der Ordinate eine Amplitude A des Differenzsignals D aufgetragen. Gemäß dem Stand der Technik wird überprüft, ob die Amplitude A des Differenzsignals D in einem vorbestimmten Toleranzbereich liegt. Bei dem Toleranzbereich kann es sich beispielsweise um einen sogenannten 3-Sigma-Bereich handeln, welcher auf Grundlage einer Normalverteilung bestimmt wird. Vorliegend weist das Differenzsignal eine Schwankung 6 auf, welche aber innerhalb des Toleranzbereichs liegt. Damit würde die Qualität des Werkstücks 2 bei einem Verfahren gemäß dem Stand der Technik als ausreichend beurteilt werden. Bei näherer Betrachtung kann aber erkannt werden, dass das Differenzsignal D in diesem Bereich eine Schwingung 7 aufweist. Diese Schwingungen stammen von einer Abweichung der äußeren Abmessungen des Werkstücks 2 im Vergleich zu dem Referenz-Werkstück beziehungsweise den Soll-Abmessungen. Um diese Schwingung 7 erkennen zu können, wird der Frequenzbereich des Differenzsignals D untersucht.

[0029] Hierzu zeigt FIG 3 eine Wavelet-Transformation eines Referenz-Messsignals. Hierbei ist auf der Abszisse die Längsrichtung X des Werkstücks 2 beziehungsweise die Zeit t aufgetragen. Auf der Ordinate ist die Frequenz f aufgetragen. Mithilfe der Wavelet-Transformation kann für unterschiedliche Frequenzbereiche und/oder Zeitbereiche ein Frequenzspektrum des Differenzsignals D bestimmt werden. Dabei zeigt FIG 3 eine Wavelet-Transformation für das Referenz-Werkstück.

[0030] Im Vergleich hierzu zeigt FIG 4 eine Wavelet-Transformation eines Differenzsignals D. Hier sind deutlich in einem Bereich 7 Schwingungen zu erkennen, welche dem Differenzsignal D zugeordnet werden können. Des Weiteren können diese Schwingungen 7 einem definierten Bereich bezüglich der Längsrichtung X des Werkstücks 2 zugeordnet werden. Die Wavelet-Transformation kann mittels der Recheneinrichtung 5 durchgeführt werden. Zu diesem Zweck kann auf der Recheneinrichtung 5 ein entsprechendes Computerprogramm ausgeführt werden. Somit kann mittels der Recheneinrichtung 5 die Abweichung des Werkstücks 2 von einem Referenz-Werkstück erkannt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Ergebnis der Wavelet-Transformation mittels einer Anzeigeeinrichtung des Prüfsystems 1 angezeigt wird. Somit kann eine Person, welche die Prüfung der Qualität des Werkstücks 2 durchführt, die Ergebnisse der Wavelet-Transformation auswerten. Parallel zur Auswertung des Frequenzspektrums beziehungsweise der Wavelet-Transformation kann überprüft werden, ob die Amplitude A des Differenzsignals D innerhalb des vorbestimmten Toleranzbereichs liegt.

[0031] FIG 5 zeigt eine Wavelet-Transformation in einer dreidimensionalen Darstellung. Hier ist in Abhängigkeit von der Zeit t beziehungsweise der Längsrichtung X des Werkstücks 2 sowie der Frequenz f die Amplitude P beziehungsweise die Leistung des Frequenzspektrums zu dargestellt. In dem Frequenzspektrum kann ein Rauschbereich 8 bestimmt werden, der vorliegend den hochfrequenten Anteilen des Differenzsignals D zugeordnet ist. In diesem Rauschbereich 8 können Signalanteile vorhanden sein, welche von dem Messrauschen stammen. Diese Signalanteile in dem Rauschbereich 8 können bei der Bestimmung der Qualität des Werkstücks 2 unberücksichtigt bleiben. Bei der vorliegenden Wavelet-Transformation können die vorbestimmten Schwingungen 7 in dem Differenzsignal D deutlich erkannt werden. Dadurch, dass diese Schwingungen 7 in dem Differenzsignal D vorhanden sind, kann davon ausgegangen werden, dass die Qualität des Werkstücks 2 nicht ausreichend ist.


Ansprüche

1. Verfahren zum Überprüfen einer Qualität eines Werkstücks (2) durch eine Recheneinrichtung (5), mit den Schritten:

- Empfangen eines bestimmten Messsignals, wobei zum Bestimmen des Messsignals zu vorbestimmten Zeitpunkten Messwerte, welche äußere Abmessungen des Werkstücks (2) beschreiben, entlang des Werkstücks (2) erfasst werden,

- Bereitstellen eines Referenz-Messsignals, wobei das Referenz-Messsignal ein Messsignal eines Referenz-Werkstücks beschreibt,

- Bestimmen eines Differenzsignals (D) anhand eines Unterschieds zwischen dem Messsignal und dem Referenz-Messsignal,

- Überprüfen der Qualität des Werkstücks (2) anhand des Differenzsignals (D),

- Bestimmen eines Frequenzspektrums des Differenzsignals (D),

- Überprüfen, ob zumindest eine vorbestimmte Schwingung (7) in dem Frequenzspektrum vorhanden ist und

- Überprüfen der Qualität des Werkstücks (2) anhand des Vorhandenseins der zumindest einen vorbestimmten Schwingung (7),
dadurch gekennzeichnet, dass

- eine Mehrzahl von Frequenzbereichen vorgegeben wird und für die Mehrzahl von Frequenzbereichen jeweils ein Frequenzspektrum des Differenzsignals (D) bestimmt wird, und

- ein Frequenzspektrum für das Referenz-Messsignal bestimmt wird und anhand des Frequenzspektrums für das Referenz-Messsignal für die jeweiligen Frequenzbereiche ein zulässiger Bereich bestimmt wird und überprüft wird, ob eine Amplitude (P) des Frequenzspektrums des Differenzsignals (D) in den zulässigen Bereichen für die jeweiligen Frequenzbereiche liegen.


 
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Qualität des Werkstücks (2) als unzureichend eingestuft wird, falls das Frequenzspektrum die zumindest eine vorbestimmte Schwingung (7) aufweist.
 
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzspektren für die Mehrzahl von Frequenzbereichen mittels einer Wavelet-Transformation bestimmt werden.
 
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rauschbereich (8) in dem Frequenzspektrum definiert wird, wobei der Rauschbereich (8) bei der Überprüfung der Qualität des Werkstücks (2) unberücksichtigt bleibt.
 
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte eine Erstreckung des Werkstücks (2) in Hochrichtung (Z) des Werkstücks (2) für jeweilige Positionen entlang einer Längsrichtung (X) des Werkstücks (2) beschreiben.
 
6. Recheneinrichtung (5) für Prüfsystem (1) zum Überprüfen einer Qualität eines Werkstücks (1), wobei die Recheneinrichtung (5) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgelegt ist.
 
7. Prüfsystem (1) zum Überprüfen einer Qualität eines Werkstücks (2) mit einer Recheneinrichtung (5) nach Anspruch 6.
 
8. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Recheneinrichtung (5) diese veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen.
 


Claims

1. Method for checking a quality of a workpiece (2) by way of a computing facility (5), having the steps:

- receiving a determined measurement signal, wherein so as to determine the measurement signal at predetermined points in time measurement values that describe outer dimensions of the workpiece (2) are recorded along the workpiece (2),

- providing a reference measurement signal, wherein the reference measurement signal describes a measurement signal of a reference workpiece,

- determining a difference signal (D) with the aid of a difference between the measurement signal and the reference measurement signal,

- checking the quality of the workpiece (2) with the aid of the difference signal (D),

- determining a frequency spectrum of the difference signal (D),

- checking whether at least one predetermined oscillation (7) is present in the frequency spectrum and

- checking the quality of the workpiece (2) with the aid of the presence of the at least one predetermined oscillation (7),
characterised in that

- a plurality of frequency ranges is specified and a frequency spectrum of the difference signal (D) is determined respectively for the plurality of frequency ranges, and

- a frequency spectrum for the reference measurement signal is determined and with the aid of the frequency spectrum a permissible range is determined for the reference measurement signal for the respective frequency ranges and a check is performed as to whether an amplitude (P) of the frequency spectrum of the difference signal (D) lies in the permissible ranges for the respective frequency ranges.


 
2. Method according to claim 1, characterised in that the quality of the workpiece (2) is classified as insufficient if the frequency spectrum has the at least one predetermined oscillation (7).
 
3. Method according to claim 1, characterised in that the frequency spectra are determined for the plurality of frequency ranges by means of a wavelet transform.
 
4. Method according to one of the preceding claims, characterised in that a noise range (8) is defined in the frequency spectrum, wherein the noise range (8) is not taken into consideration during the procedure of checking the quality of the workpiece (2).
 
5. Method according to one of the preceding claims, characterised in that the measurement values describe an extension of the workpiece (2) in the vertical direction (Z) of the workpiece (2) for respective positions along a longitudinal direction (X) of the workpiece (2).
 
6. Computing facility (5) for the inspection system (1) so as to check a quality of a workpiece (1), wherein the computing facility (5) is embodied so as to perform a method according to one of the preceding claims.
 
7. Inspection system (1) for checking a quality of a workpiece (2), said inspection system comprising a computing facility (5) according to claim 6.
 
8. Computer program that comprises commands that during the procedure of implementing the program by a computing facility (5) cause said computing facility to perform the method according to one of claims 1 to 5.
 


Revendications

1. Procédé de contrôle de la qualité d'une pièce (2) par un dispositif (5) de calcul comprenant les stades :

- réception d'un signal de mesure déterminé, dans lequel pour la détermination du signal de mesure on relève, le long de la pièce (2) à des instants déterminés à l'avance, des valeurs de mesure, qui décrivent des dimensions extérieures de la pièce (2),

- mise à disposition d'un signal de mesure de référence, le signal de mesure de référence décrivant un signal de mesure d'une pièce de référence,

- détermination d'un signal (D) de différence, à l'aide d'une différence entre le signal de mesure et le signal de mesure de référence,

- contrôle de la qualité de la pièce (2) à l'aide du signal (D) de différence,

- détermination d'un spectre de fréquence du signal (D) de différence,

- contrôle du point de savoir s'il y a au moins une oscillation (7) déterminée à l'avance dans le spectre de fréquence,

- contrôle de la qualité de la pièce (2) à l'aide de la présence de la au moins une oscillation (7) déterminée à l'avance,
caractérisé en ce que

- on se donne à l'avance une pluralité de domaines de fréquence et on détermine, pour la pluralité de domaines de fréquence, respectivement un spectre de fréquence du signal (D) de différence, et

- on détermine un spectre de fréquence du signal de mesure de référence et à l'aide du spectre de fréquence du signal de mesure de référence on détermine, pour les domaines de fréquence respectifs, un domaine admissible et on contrôle si une amplitude (P) du spectre de fréquence du signal du signal (D) de différence se trouve dans les domaines admissibles pour les domaines de fréquence respectifs.


 
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on classe la qualité de la pièce (2) comme insuffisante, si le spectre de fréquence a la au moins une oscillation (7) déterminée à l'avance.
 
3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on détermine les spectres de fréquence pour la pluralité de domaines de fréquence au moyen d'une transformation à ondelette.
 
4. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on définit un domaine (8) de bruit dans le spectre de fréquence, le domaine (8) de bruit restant en dehors de considération lors du contrôle de la qualité de la pièce (2).
 
5. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les valeurs de mesure décrivent une étendue de la pièce (2) dans la direction (Z) en hauteur de la pièce (2) pour des positions respectives le long d'une direction (X) longitudinale de la pièce (2).
 
6. Dispositif (5) de calcul d'un système (1) de contrôle de la qualité d'une pièce (1), le dispositif (5) de calcul étant conçu pour effectuer un procédé suivant l'une des revendications précédentes.
 
7. Système (1) de contrôle de la qualité d'une pièce (2) comprenant un dispositif (5) de calcul suivant la revendication 6.
 
8. Programme d'ordinateur comprenant des instructions qui, lors de la réalisation du programme par un dispositif (5) de calcul, font que celui-ci effectue le procédé suivant l'une des revendications 1 à 5.
 




Zeichnung











Angeführte Verweise

IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE



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In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente




In der Beschreibung aufgeführte Nicht-Patentliteratur