DE102018217582A1

DE102018217582A1 - Verfahren und System zum Identifizieren eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102018217582A1
Application number: DE102018217582.9A
Authority: DE
Inventors: Boris Regaard
Original assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Current assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Priority date: 2018-10-15
Filing date: 2018-10-15
Publication date: 2020-04-16
Also published as: WO2020078902A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifizieren eines bevorzugt plattenförmigen Werkstücks (8), insbesondere eines Blechs, umfassend: Beleuchten eines Identifikationsbereichs (26) an einer Oberfläche (8a) des Werkstücks (8) mit Beleuchtungsstrahlung, Aufnehmen eines Bildes des Identifikationsbereichs (26), welches ein werkstückspezifisches Reflexionsmuster von an dem Identifikationsbereich (26) reflektierter Beleuchtungsstrahlung enthält, sowie Identifizieren des Werkstücks (8) durch Vergleichen des aufgenommen Bildes des Identifikationsbereichs (26) mit mindestens einem einer Mehrzahl von in einer Speichereinrichtung (33) gespeicherten Bildern eines zumindest teilweise mit dem Identifikationsbereich (26) überlappenden Referenzbereichs (32), die jeweils ein werkstückspezifisches Reflexionsmuster enthalten und die an den Oberflächen (8a) einer Mehrzahl von Werkstücken (8) aufgenommen wurden. Die Erfindung betrifft auch ein System (34) zum Identifizieren eines Werkstücks (8).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifizieren eines bevorzugt plattenförmigen Werkstücks, insbesondere eines Blechs. Die Erfindung betrifft auch ein zugehöriges System zum Identifizieren eines Werkstücks.
Werden Werkstücke, beispielsweise plattenartige metallische Werkstücke (Bleche), auf mehreren unterschiedlichen Bearbeitungsmaschinen oder Bearbeitungsstationen bearbeitet, ist es vorteilhaft, ein jeweiliges Werkstück bzw. Blech für eine erleichterte Nachverfolgung mit einer Kodierung zu versehen. Die Kodierung kann beispielsweise in Form eines linearen Strichkodes oder eines 2D-Kodes durch Lasermarkieren auf die Oberfläche des Werkstücks aufgebracht werden. Die Kodierung kann aber auch auf andere Weise auf das Werkstück aufgebracht werden.
In der DE102017202628A1 sind ein Verfahren zum Kodieren sowie ein Verfahren zum Identifizieren eines plattenartigen Werkstücks beschrieben, wobei das Verfahren zum Kodieren umfasst: Festlegen eines Kodierbereichs, Aufbringen einer Magnetschicht auf die Oberfläche des Werkstücks, sowie Verschmelzen von Teilen der Magnetschicht mit der Oberfläche des Werkstücks durch Beaufschlagen des Werkstücks mit Strahlung innerhalb des Kodierbereichs. Das Verfahren zum Identifizieren des Werkstücks umfasst die Schritte des Verfahrens zum Kodieren sowie zusätzlich: Speicherung der Kodierung in einer Speichereinrichtung, Auslesen der Kodierung durch Messung der örtlichen Verteilung der Magnetisierung in einem Auslesebereich, sowie Vergleich der gespeicherten Kodierung und der ausgelesenen Kodierung.
Die DE102017202629A1 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zum Kodieren, bei dem durch Bestrahlung des Werkstücks in einem Kodierbereich eine chemische Reaktion eines Grundmaterials des Werkstücks hervorgerufen wird und ein Reaktionsmaterial innerhalb des Kodierbereichs gebildet wird, welches eine von dem Grundmaterial abweichende magnetische Remanenz aufweist.
In der DE102017202630A1 ist eine Bearbeitungsmaschine zum formenden Bearbeiten eines plattenartigen ferromagnetischen Werkstücks beschrieben, die einen Bearbeitungskopf sowie einen Schreibkopf zur Kodierung des Werkstücks innerhalb eines festgelegten Kodierbereichs aufweist. Der Schreibkopf ist dazu eingerichtet, ein Magnetfeld zu erzeugen, welches zur einheitlichen Ausrichtung von magnetischen Domänen des Werkstücks innerhalb des Kodierbereichs dient.
In der EP2875932A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Werkstücks beschrieben, welches ein Informations-Kode-Pattern aufweist. Das Informations-Kode-Pattern wird durch die Mikrostruktur des Werkstücks bestimmt, die bei der generativen Fertigung des Werkstücks durch Bestrahlen eines Pulvers erzeugt wird. Das Informations-Kode-Pattern kann beispielsweise einen linearen Barcode oder einen zweidimensionalen Matrix-Code, beispielsweise einen QR Code, bilden.
In der DE102005022095A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer lateralen Relativbewegung zwischen einem Bearbeitungskopf und einem Werkstück bei der Bearbeitung des Werkstücks beschrieben. Bei dem Verfahren wird die Oberfläche des Werkstücks im Bereich des Bearbeitungskopfs mit optischer Strahlung beleuchtet und von der Oberfläche des Werkstücks reflektierte optische Strahlung wird wiederholt mit einem optischen Detektor ortsaufgelöst erfasst, um optische Reflexionsmuster der Oberfläche des Werkstücks zu unterschiedlichen Zeiten zu erhalten. Die laterale Relativbewegung wird durch Vergleich der zeitlich aufeinander folgenden Reflexionsmuster ermittelt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System bereitzustellen, welche eine besonders einfache Identifizierung eines bevorzugt plattenförmigen Werkstücks, insbesondere eines Blechs, ermöglichen.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, welches folgende Schritte umfasst: Beleuchten eines Identifikationsbereichs an einer Oberfläche des Werkstücks mit Beleuchtungsstrahlung, Aufnehmen eines Bildes des Identifikationsbereichs, welches ein werkstückspezifisches Reflexionsmuster von an dem Identifikationsbereich reflektierter Beleuchtungsstrahlung enthält, sowie Identifizieren des Werkstücks durch Vergleichen des aufgenommen Bildes des Identifikationsbereichs mit mindestens einem aus einer Mehrzahl von in einer Speichereinrichtung gespeicherten Bildern von zumindest teilweise mit dem Identifikationsbereich überlappenden Referenzbereichen, wobei die Bilder jeweils ein werkstückspezifisches Reflexionsmuster enthalten und an den Oberflächen einer Mehrzahl von - typischerweise gleichartigen - Werkstücken aufgenommen wurden.
Im Gegensatz zu den weiter oben beschriebenen Verfahren ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht erforderlich, eine Kodierung auf die Oberfläche des Werkstücks aufzubringen, vielmehr dient die Oberfläche des Werkstücks selbst als Kodierung zur eindeutigen Identifizierung eines bestimmten Werkstücks. Hierbei wird die in der eingangs zitierten DE102005022095A1 beschriebene Tatsache ausgenutzt, dass Werkstücke typischerweise eine Oberflächenstruktur bzw. Oberflächenrauigkeiten aufweisen, die bei der Beleuchtung ein unregelmäßiges Reflexionsmuster erzeugen. Die zu diesem Zweck erforderliche Werkstückrauigkeit ist bei den meisten insbesondere metallischen Werkstücken automatisch gegeben. Für die Aufnahme eines jeweiligen Bildes ist es günstig, wenn der Referenzbereich vergrößert abgebildet wird. Beispielsweise kann die Vergrößerung derart gewählt werden, dass eine Länge von ca. 10 µm auf der Oberfläche des Werkstücks einem Pixel auf der Detektoroberfläche, beispielsweise einer hochauflösenden Kamera, entspricht.
Erfindungsgemäß wird die Tatsache ausgenutzt, dass die Oberflächenstruktur und somit auch die bei der Beleuchtung erzeugten Reflexionsmuster werkstückspezifisch sind, d.h. dass diese es in der Art eines Fingerabdrucks ermöglichen, das Werkstück in der Regel eindeutig zu identifizieren, bzw. das Werkstück eindeutig einem aus der Mehrzahl von Werkstücken zuzuordnen, für die Bilder eines jeweiligen Referenzbereichs in der Speichereinrichtung gespeichert wurden. Bei der Mehrzahl von Werkstücken, von denen Bilder des Referenzbereichs in der Speichereinrichtung gespeichert sind, handelt es sich typischerweise um Werkstücke, die an mehreren Bearbeitungsmaschinen bzw. Bearbeitungsstationen eines Verbunds bearbeitet werden sollen, zwischen denen die Werkstücke transportiert und ggf. zwischengelagert werden müssen, weshalb eine eindeutige Zuordnung günstig bzw. erforderlich ist.
Bei einer Variante umfasst das Verfahren: Beleuchten des Referenzbereichs an der Oberfläche des bzw. eines der Mehrzahl von Werkstücken mit Beleuchtungsstrahlung, Aufnehmen des Bildes des Referenzbereichs, welches das werkstückspezifische Reflexionsmuster von an der Oberfläche des Werkstücks reflektierter Beleuchtungsstrahlung enthält, sowie Speichern des Bildes des Referenzbereichs in der Speichereinrichtung. Für das Aufnehmen des Bildes wird die Oberfläche des Werkstücks zumindest an dem Referenzbereich beleuchtet. Die Position des Referenzbereichs auf der Oberfläche des Werkstücks ist hierbei in der Regel fest vorgegeben. Von dem Referenzbereich wird ein Bild („Template“) aufgenommen, welches eine vordefinierte Größe aufweist, z.B. 256 x 256 Pixel oder 32 x 32 Pixel auf einem ortsauflösenden Detektor, beispielsweise in Form einer Kamera. Bei dem Bild kann es sich um ein Graustufen-Bild handeln, es ist aber auch die Aufnahme eines farbigen Bildes möglich. Störstrahlung kann durch geeignete Bandpassfilter eliminiert werden, die zwischen dem ortsauflösenden Detektor und dem Referenzbereich angeordnet werden.
Bei einer Variante wird beim Beleuchten des Referenzbereichs und/oder des Identifikationsbereichs eine Beleuchtungsleistung der Beleuchtungsstrahlung eingestellt oder geregelt. Die Beleuchtungsstrahlung wird in diesem Fall von einer Beleuchtungsquelle erzeugt, deren Leistung einstellbar ist. Die Beleuchtung bzw. die Beleuchtungsleistung kann dem Reflexionsverhalten des jeweiligen Werkstücks angepasst werden, beispielsweise mit Hilfe einer Regelung der Beleuchtung, um eine für den ortsauflösenden Detektor optimale Beleuchtungsintensität zu erzeugen. Um die Beleuchtungsleistung zu regeln, kann die Helligkeit des Bildes auf dem ortsauflösenden Detektor ermittelt werden, beispielsweise in Form eines Mittelwerts der Helligkeit bzw. der Intensität aller Pixel des aufgenommenen Bildes. Die Beleuchtungsleistung wird in diesem Fall so eingestellt bzw. geregelt, dass die Helligkeit des jeweils aufgenommenen Bildes stets gleich groß ist bzw. innerhalb eines vorgegebenen Helligkeits-Intervalls liegt. Das Vergleichen von Bildern, die eine ähnliche Helligkeit aufweisen, ist insbesondere günstig, wenn ein Mustererkennungsalgorithmus bzw. ein Korrelationsalgorithmus verwendet wird, der unterschiedliche Helligkeitsniveaus nicht berücksichtigt, wie dies beispielsweise beim SAD(„sum of absolute differences“)-Algorithmus der Fall ist.
Das Beleuchten, das Aufnehmen des Bildes des Referenzbereichs sowie das Speichern des Bildes werden für eine Mehrzahl von Werkstücken durchgeführt, die mit Hilfe des Verfahrens voneinander unterschieden werden sollen.
Bei einer Weiterbildung erfolgen das Beleuchten und das Aufnehmen des Bildes des Referenzbereichs und das Beleuchten und das Aufnehmen des Bildes des Identifikationsbereichs mit zwei unterschiedlichen, bevorzugt baugleichen Sensoreinrichtungen. Die beiden Sensoreinrichtungen können beispielsweise an unterschiedlichen Bearbeitungsmaschinen eines Verbunds von Bearbeitungsmaschinen gebildet sein, oder an zwei unterschiedlichen Bearbeitungsstationen an ein- und derselben Bearbeitungsmaschine. Die Sensoreinrichtungen stehen mit ein- und derselben Speichereinrichtung in signaltechnischer Verbindung, die beispielsweise auf einem zentralen Computer oder in der Cloud gebildet sein kann und in der die Bilder der Referenzbereiche der jeweils zu bearbeitenden Werkstücke gespeichert sind. Das Beleuchten und Aufnehmen des Bildes des Referenzbereichs sowie das Beleuchten und das Aufnehmen des Bildes des Identifikationsbereichs können alternativ auch mit ein- und derselben Sensoreinrichtung durchgeführt werden.
Bei einer Variante erfolgt das Beleuchten und Aufnehmen des Bildes des Referenzbereichs und/oder des Identifikationsbereichs durch eine Bearbeitungsoptik, insbesondere durch eine Fokussieroptik, eines Bearbeitungskopfs zur Bearbeitung des Werkstücks mittels eines Bearbeitungsstrahls hindurch. In diesem Fall erfolgt die Beleuchtung des Referenzbereichs bzw. des Identifikationsbereichs in der Regel koaxial oder nur leicht geneigt zu einem Bearbeitungsstrahl, der auf das Werkstück ausgerichtet wird. Eine solche Beleuchtung hat sich als günstig erwiesen, da bei dieser Art der Beleuchtung von einem jeweiligen Oberflächenbereich reflektierte Beleuchtungsstrahlung sehr unregelmäßige, werkstückspezifische Reflexionsmuster in dem Bild auf einem ortsauflösenden Detektor erzeugt, die den Vergleich zwischen den Reflexionsmustern erleichtern. Auch eine koaxiale Beobachtung des Oberflächenbereichs, die beispielsweise mit Hilfe einer Abbildungsoptik erfolgt, hat sich für die Durchführung des Vergleichs als günstig erwiesen. In diesem Fall ist der Detektor, bei dem es sich z.B. um eine hochauflösende Kamera handeln kann, typischerweise ebenfalls koaxial zum Bearbeitungsstrahl bzw. zu einer Verlängerung der Strahlachse des Bearbeitungsstrahls angeordnet.
Bei einer weiteren Variante erfolgt/erfolgen das Aufnehmen des Bildes des Referenzbereichs und/oder des Bildes des Identifikationsbereichs mittels einer telezentrischen Abbildung. Bei der Aufnahme des Bildes mittels einer telezentrischen Abbildung bleibt auch bei einer Veränderung des Abstandes zwischen der Oberfläche des Werkstücks und dem Detektor bzw. der Detektorfläche der Abbildungsmaßstab bei der Aufnahme des Bildes erhalten. Dies ist günstig, da der Abstand zwischen dem Werkstück und der Abbildungsoptik, die zur Aufnahme des Bildes dient, in der Regel Toleranzen aufweist und somit nicht exakt konstant ist. Die Abbildungsoptik wird in diesem Fall so ausgelegt, dass diese zumindest objektseitig telezentrisch ist. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass eine Aperturblende in der bildseitigen Brennebene einer Sammellinse der Abbildungsoptik angeordnet wird.
Bei einer weiteren Variante wird beim Vergleichen des Bildes des Referenzbereichs und des Bildes des Identifikationsbereichs ein Ähnlichkeitsmaß zwischen dem Bild des Identifikationsbereichs und dem Bild des Referenzbereichs bevorzugt durch einen Mustererkennungsalgorithmus bestimmt. Bei dieser Variante werden das Bild des bzw. eines jeweiligen Referenzbereichs und das Bild des Identifikationsbereichs korreliert, um ein Ähnlichkeitsmaß zu bestimmen. Zu diesem Zweck kommen bekannte Verfahren der Bildverarbeitung zum Einsatz: Beispielsweise können differenzbasierte Ähnlichkeitsfunktionen (Sum of Absolute Differences - SAD, median absolute deviation - MAD, Mean-squared-Difference - MSD), Kreuzkorrelation, Korrelationskoeffizient oder Phasenkorrelation verwendet werden. Hinsichtlich des Vergleichs von zwei Bildern bzw. der in diesen enthaltenen Reflexionsmuster mit Hilfe einer Kreuzkorrelation sei auf die eingangs zitierte DE102005022095A1 verwiesen, welche durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. Das zu identifizierende Werkstück wird demjenigen Werkstück zugeordnet, dessen gespeichertes Bild die größte Ähnlichkeit zum aufgenommenen Bild aufweist, d.h. demjenigen Bild, bei dem das Ähnlichkeitsmaß maximal ist. Das Ähnlichkeitsmaß kann auch auf Subpixel-Ebene bestimmt werden, wie dies in der DE102005022095A1 beschrieben ist.
Bei einer Weiterbildung wird das Werkstück nur identifiziert, wenn das Ähnlichkeitsmaß zwischen dem Bild des Identifikationsbereichs und dem Bild mindestens eines Referenzbereichs einen Mindestwert überschreitet. Für den Fall, dass das Ähnlichkeitsmaß bei keinem der gespeicherten Bilder den Mindestwert überschreitet, deutet dies darauf hin, dass das zu identifizierende Werkstück nicht mit einem der Mehrzahl von Werkstücken übereinstimmt, für die Bilder des Referenzbereichs gespeichert wurden, oder dass eine eindeutige Zuordnung nicht möglich ist. Durch die Verwendung des Mindestwerts bzw. der Schwelle können daher Fehlzuordnungen bei der Erkennung des Werkstücks vermieden werden.
Bei einer Variante ist der Identifikationsbereich größer gewählt als der Referenzbereich. Es hat sich als günstig erwiesen, wenn der Identifikationsbereich größer ist als der Referenzbereich, da das Werkstück bei der Aufnahme des Bildes des Referenzbereichs ggf. nicht exakt an derselben Position angeordnet und/oder nicht exakt gleich ausgerichtet ist als bei der Aufnahme des Bildes des Identifikationsbereichs, insbesondere wenn zwei unterschiedliche Sensoreinrichtungen verwendet werden. Durch die Wahl eines größeren Identifikationsbereichs können leichte laterale Verschiebungen des Referenzbereichs zum Identifikationsbereich korrigiert werden. Es ist jedoch nicht zwingend erforderlich, dass der Identifikationsbereich größer ist als der Referenzbereich, insbesondere können der Identifikationsbereich und der Referenzbereich eine identische Größe aufweisen. Die Positionen des Identifikationsbereichs und des Referenzbereichs an der Oberfläche des Werkstücks sind typischerweise so gewählt, dass der Referenzbereich innerhalb des Identifikationsbereichs liegt, d.h. dass der (größere) Identifikationsbereich den jeweiligen Referenzbereich umfasst.
Bei einer Variante wird/werden beim Vergleichen des Bildes des Referenzbereichs mit dem Bild des Identifikationsbereichs eine Drehung und/oder eine laterale Verschiebung des Referenzbereichs relativ zum Identifikationsbereich und/oder eine unterschiedliche Vergrößerung des Bildes des Referenzbereichs und des Bildes des Identifikationsbereichs berücksichtigt. Ein lateraler Versatz zwischen dem Bild des Referenzbereichs und dem Bild des Identifikationsbereichs kann beispielsweise mit Hilfe einer Kreuzkorrelation berücksichtigt werden, wie dies in der eingangs zitierten DE102005022095A1 beschrieben ist, da es sich bei dieser um einen gegenüber einer lateralen Verschiebung toleranten Mustererkennungsalgorithmus handelt. Alternativ kann ein (geringfügiger) lateraler Versatz berücksichtigt werden, indem das Bild des Referenzbereichs für den Vergleich mit dem Identifikationsbereich lateral versetzt wird und für unterschiedliche Werte des Betrags des lateralen Versatzes jeweils ein Ähnlichkeitsmaß bestimmt wird. Eine Drehung des Bildes des Referenzbereichs relativ zum Bild des Identifikationsbereichs kann durch einen rotationstoleranten Mustererkennungsalgorithmus, z.B. Optical Flow, erfolgen. Alternativ ist es möglich, den Referenzbereich relativ zu dem Identifikationsbereich durch einen geeigneten Rotations-Algorithmus in unterschiedliche Winkelstellungen zu drehen und für eine jeweilige Winkelstellung ein Ähnlichkeitsmaß zu bestimmen. Für das Identifizieren des Werkstücks wird jeweils das maximale Ähnlichkeitsmaß eines jeweiligen Referenzbereichs herangezogen, das bei der Verschiebung bzw. bei der Rotation bestimmt wurde.
Insbesondere für den Fall, dass das Bild des Referenzbereichs und das Bild des Identifikationsbereichs mit zwei unterschiedlichen Sensoreinrichtungen aufgenommen werden, kann die Aufnahme des jeweiligen Bildes ggf. mit einem unterschiedlichen Abbildungsmaßstab erfolgen. Die Information über die Sensoreinrichtung, genauer gesagt über den Abbildungsmaßstab, mit dem die Aufnahme des jeweiligen Bildes erfolgt, kann ebenfalls in der Speichereinrichtung gespeichert werden. Die unterschiedliche Vergrößerung der Bilder kann beispielsweise durch eine geeignete Skalierung des Bildes des Referenzbereichs und/oder des Bildes des Identifikationsbereichs berücksichtigt werden, so dass jeweils zwei Bilder mit derselben Vergrößerung miteinander verglichen werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein System zum Identifizieren eines Werkstücks, umfassend: mindestens eine Sensoreinrichtung mit: einer Beleuchtungsquelle zum Beleuchten eines Identifikationsbereichs an der Oberfläche des Werkstücks mit Beleuchtungsstrahlung, sowie einem ortsauflösenden Detektor zum Aufnehmen eines Bildes des Identifikationsbereichs, welches ein werkstückspezifisches Reflexionsmuster von an der Oberfläche des Werkstücks reflektierter Beleuchtungsstrahlung enthält, eine Speichereinrichtung, in der eine Mehrzahl von Bildern von zumindest teilweise mit dem Identifikationsbereich überlappenden, bevorzugt kleineren Referenzbereichen von Oberflächen einer Mehrzahl von Werkstücken gespeichert ist, die werkstückspezifische Reflexionsmuster enthalten, sowie eine Auswerteeinrichtung, die zum Identifizieren des Werkstücks durch Vergleichen des Reflexionsmusters des aufgenommenen Bildes des Identifikationsbereichs mit mindestens einem der Mehrzahl von Bildern der Referenzbereiche ausgebildet bzw. programmiert ist.
Während die Sensoreinrichtung in der Nähe des Werkstücks angeordnet ist bzw. angeordnet werden kann, können die Auswerteeinrichtung und insbesondere auch die Speichereinrichtung an einem grundsätzlich beliebigen Ort angeordnet sein. Insbesondere für den Fall, dass das System mehr als eine Sensoreinrichtung aufweist, um Bilder von Werkstücken aufzunehmen, ist es erforderlich, dass die aufgenommenen Bilder in einer gemeinsamen Speichereinrichtung gespeichert werden, auf die eine jeweilige Auswerteeinrichtung oder ggf. eine allen Sensoreinrichtungen gemeinsame Auswerteeinrichtung zugreifen können. Die Identifikation des Werkstücks kann alternativ in einer lokalen Auswerteeinrichtung in oder in der Nähe einer jeweiligen Sensoreinrichtung erfolgen, welche auf die Speichereinrichtung zugreifen kann. Das System kann einen abgeschlossenen Verbund von Bearbeitungsmaschinen bilden, die an einem Standort angeordnet sind, es ist aber auch möglich, dass die Bearbeitungsmaschinen bzw. Bearbeitungsstationen des Verbunds über mehrere Standorte verteilt sind und für den Transport verladen werden müssen.
Das System kann zwei oder mehr Sensoreinrichtungen aufweisen und das Beleuchten und das Aufnehmen des Bildes des Referenzbereichs und das Beleuchten und das Aufnehmen des Bildes des Identifikationsbereichs können an zwei unterschiedlichen Sensoreinrichtungen erfolgen. Dies ist insbesondere günstig bzw. erforderlich, wenn die zu identifizierenden Werkstücke an unterschiedliche Standorte transportiert werden, um auch in diesem Fall eine eindeutige Zuordnung zu ermöglichen.
Die oder eine weitere Sensoreinrichtung kann dazu dienen bzw. ausgebildet sein, den Referenzbereich an der Oberfläche des Werkstücks mit Beleuchtungsstrahlung zu beleuchten, ein Bild des Referenzbereichs aufzunehmen, welches das werkstückspezifische Reflexionsmuster von an der Oberfläche des Werkstücks reflektierter Beleuchtungsstrahlung enthält, sowie das Bild des Referenzbereichs an die Speichereinrichtung zu übertragen, um dieses dort zu speichern. Die Sensoreinrichtung kann beispielsweise fest mit einem Bearbeitungskopf einer Bearbeitungsmaschine verbunden sein, der relativ zum einem jeweiligen Werkstück bewegt werden kann, so dass der Identifikationsbereich bzw. der Referenzbereich auf besonders einfache Weise mittels der Sensoreinrichtung erreicht werden kann.
Bei einer Ausführungsform ist die Sensoreinrichtung ausgebildet, das Beleuchten des Identifikationsbereichs an der Oberfläche des Werkstücks und das Aufnehmen des Bildes des Identifikationsbereichs durch eine Bearbeitungsoptik, insbesondere durch eine Fokussieroptik, eines Bearbeitungskopfs zum Bearbeiten des Werkstücks mittels eines Bearbeitungsstrahls hindurch vorzunehmen.
In diesem Fall kann es sich bei der Sensoreinrichtung um eine ohnehin für die Überwachung eines Bearbeitungsprozesses, beispielsweise eines Laserschweiß- oder Laserschneidprozesses vorhandene Sensoreinrichtung handeln, die zusätzlich zur Identifikation von Werkstücken verwendet werden kann. Es ist nicht zwingend erforderlich, dass die Sensoreinrichtung zum Beleuchten des Identifikationsbereichs an der Oberfläche des Werkstücks und zum Aufnehmen des Bildes des Identifikationsbereichs durch eine Bearbeitungsoptik im Wesentlichen koaxial zum Bearbeitungsstrahl ausgebildet ist. Vielmehr können sowohl die Beleuchtungsquelle als auch der ortsauflösende Detektor an dem Bearbeitungskopf auch außerhalb der Bearbeitungsoptik bzw. außerhalb des Gehäuses des Bearbeitungskopfs angeordnet sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet bzw. programmiert, zum Vergleichen des Bildes des Referenzbereichs und des Bildes des Identifikationsbereichs ein Ähnlichkeitsmaß zwischen dem Bild des Identifikationsbereichs und dem Bild eines jeweiligen Referenzbereichs bevorzugt durch einen Mustererkennungsalgorithmus zu bestimmen. Wie weiter oben in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben wurde, wird das Werkstück identifiziert, indem dieses dem Bild desjenigen Referenzbereichs zugeordnet wird, der die maximale Ähnlichkeit mit dem Bild des Identifikationsbereichs aufweist. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist es günstig, wenn das Werkstück nur identifiziert wird, sofern das Ähnlichkeitsmaß einen Mindestwert überschreitet.
Das System, insbesondere eine jeweilige Sensoreinrichtung, kann ausgebildet sein, den Identifikationsbereich größer zu wählen als den Referenzbereich. Das Bild des Identifikationsbereichs kann beispielsweise die gesamte Detektorfläche des ortsauflösenden Detektors überdecken, während das Bild des Referenzbereichs nur einen Teilbereich der Detektorfläche überdeckt. Auch kann die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein, beim Vergleichen des Bildes des Referenzbereichs mit dem Bild des Identifikationsbereichs eine Drehung und/oder eine laterale Verschiebung des Referenzbereichs relativ zum Identifikationsbereich zu berücksichtigen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je 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.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Laserbearbeitungsmaschine zum schneidenden Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Identifikationsbereich und einem Referenzbereich,
2a,b Darstellungen eines Laserbearbeitungskopfs der Laserbearbeitungsmaschine von 1 mit einer Sensoreinrichtung zum Beleuchten sowie zum Aufnehmen eines Bildes des Identifikations- bzw. des Referenzbereichs,
3a,b eine Darstellung eines Bildes des Identifikationsbereichs sowie eines Bildes eines Referenzbereichs eines ersten Werkstücks,
4a,b eine Darstellung des Bildes des Identifikationsbereichs sowie eines Bildes eines Referenzbereichs eines zweiten Werkstücks, und
5a,b eine Darstellung des Bildes des Identifikationsbereichs sowie eines gedrehten und lateral versetzten Bildes des Referenzbereichs des zweiten Werkstücks.

In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt eine Laserbearbeitungsmaschine 1 mit einer Laserquelle 2, einem Laserbearbeitungskopf 4 und einer Werkstückauflage 5. Ein von der Laserquelle 2 erzeugter Laserstrahl 6 wird mittels einer Strahlführung 3 mit Hilfe von (nicht gezeigten) Umlenkspiegeln zum Laserbearbeitungskopf 4 geführt und in diesem fokussiert sowie mit Hilfe von ebenfalls nicht bildlich dargestellten Spiegeln senkrecht zur Oberfläche 8a eines Werkstücks 8 ausgerichtet, d.h. die Strahlachse (optische Achse) des Laserstrahls 6 verläuft senkrecht zum Werkstück 8. Im gezeigten Beispiel handelt es sich bei der Laserquelle 2 um eine CO₂-Laserquelle. Alternativ kann der Laserstrahl 6 beispielsweise durch einen Festkörperlaser erzeugt werden.
Zum Laserschneiden des Werkstücks 8 wird mit dem Laserstrahl 6 zunächst eingestochen, d.h. das Werkstück 8 wird an einer Einstechposition punktförmig aufgeschmolzen oder oxidiert und die hierbei entstehende Schmelze wird ausgeblasen. Nachfolgend wird der Laserstrahl 6 über das Werkstück 8 bewegt, so dass eine durchgängige Schnittkontur 9 entsteht, an der entlang der Laserstrahl 6 das Werkstück 8 durchtrennt.
Sowohl das Einstechen als auch das Laserschneiden können durch Hinzufügen eines Gases unterstützt werden. Als Schneidgase 10 können Sauerstoff, Stickstoff, Druckluft und/oder anwendungsspezifische Gase eingesetzt werden. Entstehende Partikel und Gase können mit Hilfe einer Absaugeinrichtung 11 aus einer Absaugkammer 12 abgesaugt werden.
Die Laserbearbeitungsmaschine 1 umfasst auch eine Bewegungseinrichtung 13 zur Bewegung des Laserbearbeitungskopfs 4 und des Werkstücks 8 relativ zueinander. Im gezeigten Beispiel ruht das Werkstück 8 während der Bearbeitung auf der Werkstückauflage 5 und der Laserbearbeitungskopf 4 wird bei der Bearbeitung entlang von zwei Achsen X, Y eines XYZ-Koordinatensystems bewegt. Zu diesem Zweck weist die Bewegungseinrichtung 13 ein mit Hilfe eines durch einen Doppelpfeil angedeuteten Antriebs in X-Richtung verschiebbares Portal 14 auf. Der Laserbearbeitungskopf 4 kann mit Hilfe eines weiteren durch einen Doppelpfeil angedeuteten Antriebs der Bewegungseinrichtung 13 in X-Richtung verschoben werden, um an beliebige Bearbeitungskopf-Positionen P in X-Richtung und in Y-Richtung in einem durch die Verschiebbarkeit des Laserbearbeitungskopfs 4 bzw. durch das Werkstück 8 vorgegebenen Arbeitsfeld bewegt zu werden. An einer jeweiligen Bearbeitungskopf-Position P weist der Laserstrahl 6 eine (instantane) Vorschubgeschwindigkeit V auf.
Wie in 2a zu erkennen ist, wird der Laserstrahl 6 für die Durchführung einer schneidenden Bearbeitung an dem Werkstück 8 mittels einer Fokussiereinrichtung in Form einer Fokussierlinse 15 auf das Werkstück 8 fokussiert. Bei der Fokussierlinse 15 handelt es sich im gezeigten Beispiel um eine Linse aus Zinkselenid, die den Laserstrahl 6 durch eine Laserbearbeitungsdüse 16, genauer gesagt durch deren Düsenöffnung 16a, auf das Werkstück 8 fokussiert, und zwar im gezeigten Beispiel auf eine Fokusposition F an der Oberseite 8a des Werkstücks 8. Der Laserstrahl 6 bildet dort einen Wechselwirkungsbereich 17 mit dem Werkstück 8, hinter dem entgegen der Bearbeitungsrichtung V bzw. entgegen der Schnittrichtung des Laserschneidprozesses die in 1 gezeigte Schnittkontur 9 erzeugt wird. Im Falle eines Laserstrahls 6 aus einem Festkörperlaser kann eine Fokussierlinse bspw. aus Quarzglas eingesetzt werden.
In 2a ebenfalls zu erkennen ist ein teildurchlässig ausgebildeter Umlenkspiegel 18 einer Sensoreinrichtung 20, welcher den einfallenden Laserstrahl 6 (bspw. mit einer Wellenlänge von ca. 10,6 µm) reflektiert und für eine Prozessüberwachung relevante Beobachtungsstrahlung zu einem weiteren teildurchlässigen Umlenkspiegel 19 transmittiert, der ebenfalls einen Teil der Sensoreinrichtung 20 bildet. Der Umlenkspiegel 18 ist im gezeigten Beispiel für Beobachtungsstrahlung in Form von Wärmestrahlung bei Wellenlängen λ von ca. 700 nm bis 2000 nm teildurchlässig ausgebildet. Eine Beleuchtungsquelle 21 der Sensoreinrichtung 20 dient zur koaxialen Beleuchtung des Werkstücks 8 mit Beleuchtungsstrahlung 22.
Die Beleuchtungsstrahlung 22 wird von dem weiteren teiltransmissiven Umlenkspiegel 19 sowie von dem Umlenkspiegel 18 transmittiert und durch die Düsenöffnung 16a der Laserbearbeitungsdüse 16 hindurch auf das Werkstück 8 gelenkt. Die Beleuchtungsleistung P_B der Beleuchtungsstrahlung 22 der Beleuchtungsquelle 21 ist einstellbar.
Alternativ zu den teildurchlässigen Umlenkspiegeln 18, 19 können auch Scraperspiegel oder Lochspiegel, welche einfallende Strahlung nur aus einem Randbereich reflektieren, eingesetzt werden, um die Beleuchtungsstrahlung 22 dem Werkstück 8 zuzuführen. Auch mindestens ein seitlich in den Strahlengang des Laserstrahls 6 eingebrachter Spiegel kann verwendet werden, um die Beobachtung zu ermöglichen.
Als Beleuchtungsquelle 21 können Diodenlaser oder LEDs oder Blitzlampen vorgesehen werden, die wie in 2a gezeigt koaxial, aber auch off-axis zur Laserstrahlachse 24 angeordnet werden können. Die Beleuchtungsquelle 21 kann beispielsweise auch außerhalb (insbesondere neben) dem Laserbearbeitungskopf 4 angeordnet und auf das Werkstück 8 gerichtet sein; alternativ kann die Beleuchtungsquelle 21 innerhalb des Laserbearbeitungskopfs 4 angeordnet, jedoch nicht koaxial zum Laserstrahl 6 auf das Werkstück 8 ausgerichtet sein. Gegebenenfalls kann der Laserbearbeitungskopf 4 auch ohne eine Beleuchtungsquelle 21 betrieben werden.
In einem Beobachtungsstrahlengang 23 der Sensoreinrichtung 20 hinter dem weiteren teildurchlässigen Umlenkspiegel 19 ist ein ortsauflösender Detektor in Form einer geometrisch hochauflösenden Kamera 25 angeordnet, der ebenfalls zur Sensoreinrichtung 20 gehört. Bei der Kamera 25 kann es sich um eine Hochgeschwindigkeitskamera handeln, die koaxial zur Laserstrahlachse 24 bzw. zur Verlängerung der Laserstrahlachse 24 und somit richtungsunabhängig angeordnet ist. Beim dargestellten Beispiel erfolgt die Aufnahme von Bildern durch die Kamera 25 im Auflichtverfahren im NIR/IR-Wellenlängenbereich, um das Prozesseigenleuchten bzw. ein Wärmebild des Schneidprozesses aufzunehmen. Bei dem in 2a gezeigten Beispiel kann ein Filter vor der Kamera 25 angeordnet werden, wenn weitere Strahlungs- bzw. Wellenlängenanteile von der Erfassung mit der Kamera 25 ausgeschlossen werden sollen. Der Filter kann z.B. als schmalbandiger Bandpassfilter mit einer Halbwertsbreite von beispielsweise ca. 15 nm ausgebildet sein, der Wellenlängen A im Bereich um ca. 800 nm transmittiert.
Zum Aufnehmen eines in 3a gezeigten Bildes BI eines in 1 gezeigten kreisförmigen Identifikationsbereichs 26 an der Oberfläche 8a des Werkstücks 8 auf einer Detektorfläche 25a der Kamera 25 weist der Laserbearbeitungskopf 4 eine Abbildungsoptik 27 auf. Im gezeigten Beispiel weist die Abbildungsoptik 27 eine Blende 28 auf, die um eine zentrale Drehachse D drehbar gelagert ist, so dass sich bei der Drehung die Position einer exzentrisch angeordneten Blendenöffnung 28a auf einem Kreisbogen um die Drehachse D bewegt (vgl. 2b).
Durch die Anordnung der Blende 28 in dem mittels einer Linse 29 fokussierten Strahlengangs der Abbildungsoptik 27 tritt nur ein Teil des Beobachtungsstrahlengangs 23, welcher einen Randbereich der Fokussierlinse 15 durchläuft und im konvergenten Strahlengang nach der Fokussierlinse 15 unter einem Winkel β zur Strahlachse 24 des Laserstrahls 6 ausgerichtet ist, durch die exzentrisch zur Verlängerung der Strahlachse 24 des Laserstrahls 6 angeordnete Blendenöffnung 28a hindurch und bildet einen Beobachtungsstrahl 23a, welcher auf der Detektorfläche 25a abgebildet wird. Bei dem in 2a gezeigten Beispiel verläuft eine Beobachtungsrichtung R1 des Beobachtungsstrahls 23a in der Projektion in die XY-Ebene bzw. in die Werkstückebene parallel zur Richtung des Bearbeitungsvektors V, entlang derer der Laserstrahl 6 und das Werkstück 8 in der XY-Ebene relativ zueinander bewegt werden, um die gewünschte Schnittkontur zu bilden, d.h. es erfolgt eine stechende Beobachtung. Der Winkel β, unter dem die Beobachtungsrichtung R1 zur Strahlachse 24 des Laserstrahls 6 ausgerichtet ist, liegt im gezeigten Beispiel zwischen ca. 1° und ca. 5°, beispielsweise bei ca. 4°. Die Blende 28 kann insbesondere in der bildseitigen Brennebene der Linse 29 bzw. der Abbildungsoptik 27 angeordnet werden, um eine telezentrische Abbildung zu erzeugen.
An Stelle einer mechanisch verstellbaren Blende 28 kann auch eine elektrisch verstellbare Blende, beispielsweise in Form eines LCD-Arrays, verwendet werden, bei der einzelne Pixel oder Pixelgruppen elektronisch an- bzw. ausgeschaltet werden, um die Blendenwirkung zu erzeugen. Auch kann die mechanische Blende 28 anders als in 2a,b gezeigt quer zum Beobachtungsstrahlengang 23, beispielsweise in der YZ-Ebene, bewegt bzw. verschoben werden, um unterschiedliche Teile des Beobachtungsstrahlengangs 23 abzuschatten bzw. für die Beobachtung zu öffnen. Die Blende 28 kann auch in Form eines oder mehrerer auf- und zuklappbarer mechanischer Elemente realisiert werden. Anders als dies in 2a,b dargestellt ist, kann auf die Blende 28 auch vollständig verzichtet werden, d.h. der Beobachtungsstrahlengang 23 als Ganzes wird auf die Detektorfläche 25a abgebildet.
Um das in 1 gezeigte Werkstück 8 vor dem Bearbeiten zu identifizieren, wird der Bearbeitungskopf 4 und somit auch die fest mit diesem verbundene Sensoreinrichtung 20 mit Hilfe einer Steuerungseinrichtung 30, welche die Steuerungsaufgaben der Laserschneidmaschine 1 übernimmt und unter anderem auch die motorischen Antriebe der Bewegungseinrichtung 13 steuert, über dem im gezeigten Beispiel kreisförmigen Identifikationsbereich 26 positioniert. Die Position des Identifikationsbereichs 26 bzw. die Bearbeitungskopf-Position PI an dem Identifikationsbereich 26 relativ zur Werkstückauflage 5 und somit auch relativ zu dem ortsfest auf der Werkstückauflage 5 positionierten Werkstück 8 ist fest vorgegeben. Mit Hilfe der Abbildungsoptik 27 wird das in 3a gezeigte Bild BI des beleuchteten Identifikationsbereichs 26 auf der Detektorfläche 25a erzeugt. Wie in 3a zu erkennen ist, befindet sich die Bearbeitungskopf-Position PI hierbei im Zentrum der Düsenöffnung 16a, welche dem Zentrum des kreisförmigen Identifikationsbereichs 26 entspricht, der durch die Bearbeitungsdüse 16 hindurch mittels der Abbildungsoptik 27 auf die Detektoroberfläche 25a abgebildet wird.
Eine in 2a gezeigte Auswerteeinrichtung 31, die mit dem Detektor 25 in signaltechnischer Verbindung steht, dient zum Vergleichen des aufgenommenen Bildes BI des Identifikationsbereichs 26 mit einer Mehrzahl von Bildern BR₁ , BR₂ , ... von Referenzbereichen 32, die vorab an einer jeweiligen Oberfläche 8a einer Mehrzahl von Werkstücken 8 aufgenommen wurden und die in einer in 1 gezeigten Speichereinrichtung 33 gespeichert sind. Die Speichereinrichtung 33 kann beispielsweise in einem zentralen Computer oder in der Cloud gebildet sein, die mit der Auswerteeinrichtung 31 in signaltechnischer Verbindung steht. Anders als dies in 1 dargestellt ist, kann die Speichereinrichtung 33 auch in die Auswerteeinrichtung 31 integriert sein.
Beispielhaft sind in 3b und in 4b zwei Bilder BR₁ , BR₂ eines jeweiligen Referenzbereichs 32 dargestellt, die an einem ersten und zweiten Werkstück 8 aufgenommen wurden. Die Aufnahme der Bilder BR₁ , BR₂ eines jeweiligen Referenzbereichs 32 eines Werkstücks 8 kann mittels der in 1 gezeigten Sensoreinrichtung 20 erfolgen. In der Regel dient eine weitere Sensoreinrichtung 20 zur Aufnahme des bzw. der Bilder BR₁ , BR₂ , ... des jeweiligen Referenzbereichs 32. Die weitere Sensoreinrichtung 20 kann an einer anderen Bearbeitungsmaschine vorgesehen sein, an der ein jeweiliges Werkstück 8 zum ersten Mal bearbeitet wird und zur Identifizierung des Werkstücks 8 ein Bild BR₁ , BR₂ , ... des jeweiligen Referenzbereichs 32 aufgenommen wird. Die Aufnahme eines Bildes BR₁ , BR₂ , ... des jeweiligen Referenzbereichs 32 kann auch an einer speziell zu diesem Zweck vorgesehenen Sensoreinrichtung 20 vorgenommen werden, an der keine Bearbeitung von Werkstücken 8 erfolgt. Die weitere Sensoreinrichtung 20 bildet zusammen mit der in 1 gezeigten Laserschneidmaschine 1, der Auswerteeinrichtung 31 und der Speichereinrichtung 33 ein System 34 zum Identifizieren von Werkstücken 8.
Die in 3b und in 4b dargestellten Bilder BR₁ , BR₂ des Referenzbereichs 32 wurden vorab an den Oberflächen 8a einer Mehrzahl von Werkstücken 8 an derselben Bearbeitungskopf-Position PI aufgenommen, an der auch das Bild BI des Identifikationsbereichs 26 aufgenommen wurde. Im gezeigten Beispiel ist ein jeweiliger Referenzbereich 32 kleiner als der Identifikationsbereich 26 und aufgrund der übereinstimmenden Bearbeitungskopf-Position PI ist der Referenzbereich 32 auf dem Werkstück 8 konzentrisch zum Identifikationsbereich 26 angeordnet.
Wie in 3a zu erkennen ist, enthält das aufgenommene Bild BI des Identifikationsbereichs 26 ein für das auf der Werkstückauflage 5 aufliegendes Werkstück 8 spezifisches Reflexionsmuster RI, welches in 3a symbolisch durch mehrere Striche und einen Punkt angedeutet ist. Um das Werkstück 8 eindeutig zu identifizieren, wird das Reflexionsmuster RI bzw. das aufgenommene Bild BI mit der Mehrzahl von aufgenommenen Bildern BR₁ , BR₂ , ... eines jeweiligen Referenzbereichs 32 verglichen, die vorab an mehreren Werkstücken 8, u.a. auch an dem auf der Werkstückauflage 5 aufliegenden, zu identifizierenden Werkstück 8 aufgenommen wurden. Beim Vergleichen wird zunächst ein Ähnlichkeitsmaß A zwischen dem Bild BI des Identifikationsbereichs 26 und dem Bild BR₁ eines Referenzbereichs 32 eines ersten Werkstücks 8 bestimmt. Wie in 3b zu erkennen ist, enthält das Bild BR₁ des Referenzbereichs 32 des ersten Werkstücks 8 ein werkstückspezifisches Reflexionsmuster R₁ , für das ein Ähnlichkeitsmaß A mit dem Reflexionsmuster RI des Bildes BI des Identifikationsbereichs 26 bestimmt wird.
Das Ähnlichkeitsmaß A wird durch einen Mustererkennungsalgorithmus ermittelt, der die beiden Bilder BI, BR₁ und somit das werkstückspezifische Reflexionsmuster RI des Identifikationsbereichs 26 mit dem werkstückspezifischen Reflexionsmuster R₁ des Referenzbereichs 32 des ersten der Mehrzahl von Werkstücken 8 vergleicht. Bei dem Ähnlichkeitsmaß A kann es sich beispielsweise um eine differenzbasierte Ähnlichkeitsfunktion (Sum of Absolute Differences - SAD, median absolute deviation - MAD, Mean-squared-Difference - MSD), eine Kreuzkorrelation, einen Korrelationskoeffizienten oder eine Phasenkorrelation handeln.
Wie anhand eines Vergleichs zwischen 3a und 3b zu erkennen ist, weist das in 3b dargestellte Reflexionsmuster R₁ des ersten Werkstücks 8 signifikant von dem in 3a gezeigten Reflexionsmuster RI des zu identifizierenden Werkstücks 8 ab. Beim Vergleichen der beiden Reflexionsmuster RI, R₁ wird daher ein Wert A₁ des Ähnlichkeitsmaßes A bestimmt, der sehr gering ist. Wie anhand eines Vergleichs zwischen 4a und 4b zu erkennen ist, weist das Reflexionsmuster R₂ des in 4b gezeigten Bildes BR₂ des Referenzbereichs 32 des zweiten der Mehrzahl von in der Speichereinrichtung 33 gespeicherten Bilder BR₁ , BR₂ , ... eine sehr hohe Übereinstimmung mit dem Reflexionsmuster RI des Identifikationsbereichs BI auf. Der Wert A₂ des Ähnlichkeitsmaßes A ist daher größer als bei dem in 3b gezeigten ersten Bild BR₁ , d.h. es gilt A₂ > A₁. Für den Fall, dass wie in 4b dargestellt ist ein sehr großer Wert A₂ für das Ähnlichkeitsmaß A bestimmt wird, kann ggf. die Identifizierung des Werkstücks 8 abgeschlossen werden, d.h. das zu identifizierende Werkstück 8 wird dem zweiten gespeicherten Bild BR₂ des Referenzbereichs 32 bzw. dem zugehörigen zweiten Werkstück 8 zugeordnet, ohne dass der Vergleich mit den Bildern BR₃ , BR₄ , ... von Referenzbereichen 32 von weiteren der Mehrzahl von Werkstücken 8 erfolgt. Alternativ wird der Vergleich auf die weiter oben beschriebene Weise mit weiteren Bildern BR₃ , BR₄ , ... des Referenzbereichs 32 fortgesetzt, die an einem dritten, vierten, ... Werkstück 8 aufgenommen wurden und hierbei wird ein jeweiliger Wert A₃ , A₄ , ... für das Ähnlichkeitsmaß A bestimmt. Das Werkstück 8 wird demjenigen der gespeicherten Bilder BR₁ , BR₂ , ... des Referenzbereichs 32 zugeordnet, bei dem das Ähnlichkeitsmaß A einen maximalen Wert aufweist. Bei dem in 3a,b bzw. 4a,b gezeigten Beispiel ist der Wert A₂ des Ähnlichkeitsmaßes A bei dem in 4b gezeigten zweiten Bild BR₂ maximal, d.h. das auf der Werkstückauflage 5 aufliegende Werkstück 8 wird als dasjenige Werkstück 8 identifiziert, an dem vorab das zweite Bild BR₂ des Referenzbereichs 32 aufgenommen und in der Speichereinrichtung 33 gespeichert wurde.
Um die Anzahl der in der Speichereinrichtung 33 gespeicherten Bilder BR₁ , BR₂ , ... von Referenzbereichen 32 und damit die Datenverarbeitung bzw. die Anzahl der Vergleiche mit dem Bild BI des Identifikationsbereichs 26 überschaubar zu halten, können die in der Speichereinrichtung 33 gespeicherten Bilder BR₁ , BR₂ , ... des Referenzbereichs 32 wieder gelöscht werden. Das Löschen kann beispielsweise erfolgen, wenn die Speicherdauer eines jeweiligen Referenzbildes BR₁ , BR₂ , ... in der Speichereinrichtung 33 einen vorgegebenen Zeitraum überschreitet, wenn ein jeweils zugehöriges Werkstück 8 das System 34 verlassen hat und/oder wenn eine Qualitätskontrolle an dem jeweiligen Werkstück 8 durchgeführt wurde.
Um Fehlzuordnungen bei der Identifikation des Werkstücks 8 zu vermeiden, wird bei dem hier beschriebenen Beispiel zusätzlich geprüft, ob der bei dem Vergleich mit allen Werkstücken 8 bestimmte maximale Wert A₂ des Ähnlichkeitsmaßes A über einem Mindest- bzw. Schwellwert As liegt. Nur wenn dies der Fall ist, wird das Werkstück 8 identifiziert. Wird der Schwellwert As unterschritten, ist dies ein Hinweis darauf, dass das Werkstück 8 mit keinem der Mehrzahl von Werkstücken 8 übereinstimmt, für die Bilder BR₁ , BR₂ , ... des Referenzbereichs 32 in der Speichereinrichtung 33 gespeichert sind.
Bei der Aufnahme des Bildes BI des Identifikationsbereichs 26 und eines jeweiligen Referenzbereichs 32 kann aufgrund einer Fehlpositionierung des Werkstücks 8 der Fall eintreten, dass das Reflexionsmuster R₂' in dem Bild BR₂ des Referenzbereichs 32 gegenüber dem Reflexionsmuster RI in dem Bild BI des Identifikationsbereichs 26 geringfügig verdreht ist, wie dies anhand eines Vergleichs von 5a mit 5b zu erkennen ist: Obgleich das Reflexionsmuster R₂' des Bildes BR₂ des Referenzbereichs 32 von 5b praktisch identisch mit dem Reflexionsmuster RI des Identifikationsbereichs 26 von 5a ist, wird für den Fall, dass die Drehung nicht berücksichtigt wird, kein hoher Wert A₂ für das Ähnlichkeitsmaß A bestimmt, so dass es ggf. zu einer Fehlzuordnung oder zu keiner Identifizierung des Werkstücks 8 kommt, weil der Schwellwert A_s nicht überschritten wird.
Um die in 5b gezeigte Drehung zu berücksichtigen, kann das Bild BR₂ des Referenzbereichs 32 in unterschiedliche Winkelstellungen relativ zu dem Bild RI des Identifikationsbereichs 26 gedreht werden, beispielsweise in mehrere vorgegebene Winkelstellungen, die jeweils um einen Winkel von z.B. 2° oder 5° von der in 5a gezeigten Ausrichtung abweichen. Für jede Winkelstellung kann ein Wert für das Ähnlichkeitsmaß A bestimmt werden und der maximale Wert des Ähnlichkeitsmaßes A der Winkelstellungen wird für den weiter oben beschriebenen Vergleich verwendet. Alternativ kann für die Berücksichtigung der Drehung ein rotationstoleranter Mustererkennungsalgorithmus verwendet werden, z.B. Optical Flow.
Auch ein in 5a angedeuteter lateraler Versatz zwischen dem Identifikationsbereich 26 und dem Referenzbereich 32, der dazu führt, dass beide Bereiche 26, 32 nicht konzentrisch angeordnet sind, kann beim Vergleichen der jeweiligen Bilder BI, BR₂ durch einen geeigneten Mustererkennungsalgorithmus, der gegenüber einer relativen Verschiebung tolerant ist, beispielsweise durch einen Kreuzkorrelations-Algorithmus, berücksichtigt werden. Hierbei wirkt sich günstig aus, dass der Referenzbereich 32 kleiner ist als der Identifikationsbereich 26 und vollständig von diesem umgeben ist. Auch bei der in 5a gezeigten lateralen Verschiebung befindet sich der Referenzbereich 32 noch vollständig innerhalb des Identifikationsbereichs 26, so dass der gesamte Referenzbereich 32 für den Vergleich zur Verfügung steht. Analog zu dem in Zusammenhang mit der weiter oben beschriebenen Drehung des Referenzbereichs 32 in unterschiedliche Winkelstellungen kann ggf. für mehrere Werte des lateralen Versatzes zwischen dem Referenzbereich 32 und dem Identifikationsbereich 26 jeweils ein Wert für das Ähnlichkeitsmaß A bestimmt und ein maximaler Wert für das Ähnlichkeitsmaß A bei unterschiedlichem lateralem Versatz bestimmt werden.
Insbesondere wenn das Bild BR₁ , BR₂ , ... eines jeweiligen Referenzbereichs 32 und das Bild BI des Identifikationsbereichs 26 mit zwei unterschiedlichen Sensoreinrichtungen 20 aufgenommen werden, können diese ggf. mit unterschiedlichen Abbildungsmaßstäben aufgenommen werden. In diesem Fall kann beim Vergleichen die unterschiedliche Vergrößerung der Bilder BR₁ , BR₂ bzw. BI berücksichtigt werden, indem diese für das Vergleichen geeignet skaliert werden, so dass die Differenz der Abbildungsmaßstäbe ausgeglichen wird.
Grundsätzlich sollten die Bilder BR₁ , BR₂ , ... des jeweiligen Referenzbereichs 32 sowie das Bild BI des Identifikationsbereichs 26 möglichst mit vergleichbarem Helligkeitsniveau aufgenommen werden, um den Vergleich zu vereinfachen. Zu diesem Zweck kann die Beleuchtungsleistung P_B der Beleuchtungsquelle 21 geeignet eingestellt werden, beispielsweise unter Berücksichtigung der Reflektivität eines jeweiligen Matesrialtyps des Werkstücks 8. Alternativ ist auch eine Regelung der Beleuchtungsleistung P_B der Beleuchtungsstrahlung 22 bzw. der (gemittelten) Helligkeit des jeweiligen aufgenommenen Bildes BR₁ , BR₂ , ..., BI auf eine Soll-Helligkeit möglich, um Bilder BR₁ , BR₂ , ..., BI mit einer möglichst einheitlichen Helligkeit zu vergleichen.
Obgleich das Verfahren bzw. das System 34 zum Identifizieren von Werkstücken 8 im Zusammenhang mit einer Laserschneidmaschine 1 beschrieben wurde, kann dieses Verfahren auch bei anderen Bearbeitungsprozessen eingesetzt werden, beispielsweise bei der schweißenden Bearbeitung eines Werkstücks 8 mit Hilfe einer zu diesem Zweck ausgebildeten Bearbeitungsmaschine 1, z.B. in Form einer Laserschweißmaschine, einer Bearbeitungsmaschine zum umformenden Bearbeiten des Werkstücks 8 etc.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017202628 A1 [0003]
DE 102017202629 A1 [0004]
DE 102017202630 A1 [0005]
EP 2875932 A1 [0006]
DE 102005022095 A1 [0007, 0010, 0018, 0021]

Claims

Verfahren zum Identifizieren eines bevorzugt plattenförmigen Werkstücks (8), insbesondere eines Blechs, umfassend: Beleuchten eines Identifikationsbereichs (26) an einer Oberfläche (8a) des Werkstücks (8) mit Beleuchtungsstrahlung (22), Aufnehmen eines Bildes (Bl) des Identifikationsbereichs (26), welches ein werkstückspezifisches Reflexionsmuster (RI) von an dem Identifikationsbereich (26) reflektierter Beleuchtungsstrahlung (22) enthält, sowie Identifizieren des Werkstücks (8) durch Vergleichen des aufgenommen Bildes (Bl) des Identifikationsbereichs (26) mit mindestens einem einer Mehrzahl von in einer Speichereinrichtung (33) gespeicherten Bildern (BR₁, BR₂, ...) eines zumindest teilweise mit dem Identifikationsbereich (26) überlappenden Referenzbereichs (32), die jeweils ein werkstückspezifisches Reflexionsmuster (R₁, R₂,...) enthalten und die an den Oberflächen (8a) einer Mehrzahl von Werkstücken (8) aufgenommen wurden.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend: Beleuchten des Referenzbereichs (32) an der Oberfläche (8a) eines jeweiligen Werkstücks (8) mit Beleuchtungsstrahlung (22), Aufnehmen eines Bildes (BR₁, BR₂, ...) des Referenzbereichs (32), welches das werkstückspezifische Reflexionsmuster (R₁, R₂, ...) von an der Oberfläche (8a) des Werkstücks (8) reflektierter Beleuchtungsstrahlung (22) enthält, sowie Speichern des Bildes (BR₁, BR₂, ...) des Referenzbereichs (32) in der Speichereinrichtung (33).
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem beim Beleuchten des Referenzbereichs (32) und/oder des Identifikationsbereichs (26) eine Beleuchtungsleistung (P_B) der Beleuchtungsstrahlung (22) eingestellt oder geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das Beleuchten und das Aufnehmen des Bildes (BR₁, BR₂, ...) des Referenzbereichs (32) und das Beleuchten und das Aufnehmen des Bildes (Bl) des Identifikationsbereichs (26) mit zwei unterschiedlichen Sensoreinrichtungen (20) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Beleuchten und Aufnehmen des Bildes (BR₁, BR₂, ...) des Referenzbereichs (32) und/oder des Identifikationsbereichs (26) durch eine Bearbeitungsoptik, insbesondere durch eine Fokussieroptik (15), eines Bearbeitungskopfs (4) zum Bearbeiten des Werkstücks (8) mittels eines Bearbeitungsstrahls (6) hindurch erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Aufnehmen des Bildes (BR₁, BR₂, ...) des Referenzbereichs (32) und/oder des Bildes (BI) des Identifikationsbereichs (26) mittels einer telezentrischen Abbildung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem beim Vergleichen des Bildes (BR₁, BR₂, ...) des Referenzbereichs (32) und des Bildes (Bl) des Identifikationsbereichs (26) ein Ähnlichkeitsmaß (A₁, A₂, ...) zwischen dem Bild (Bl) des Identifikationsbereichs (26) und dem Bild (BR₁, BR₂, ...) eines jeweiligen Referenzbereichs (32) bevorzugt durch einen Mustererkennungsalgorithmus bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Werkstück (8) nur identifiziert wird, wenn das Ähnlichkeitsmaß (A₁, A₂, ...) einen Mindestwert (As) überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Identifikationsbereich (26) größer gewählt wird als der Referenzbereich (32).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem beim Vergleichen des Bildes (BR₁, BR₂, ...) des Referenzbereichs (32) mit dem Bild (Bl) des Identifikationsbereichs (26) eine Drehung und/oder eine laterale Verschiebung des Referenzbereichs (32) relativ zum Identifikationsbereich (26) und/oder eine unterschiedliche Vergrößerung des Bildes (BR₁, BR₂, ...) des Referenzbereichs (32) und des Bildes (Bl) des Identifikationsbereichs (26) berücksichtigt wird.
System (34) zum Identifizieren eines Werkstücks (8), umfassend: mindestens eine Sensoreinrichtung (20) mit: einer Beleuchtungsquelle (21) zum Beleuchten eines Identifikationsbereichs (26) an einer Oberfläche (8a) des Werkstücks (8) mit Beleuchtungsstrahlung (22), sowie einem ortsauflösenden Detektor (25) zum Aufnehmen eines Bildes (Bl) des Identifikationsbereichs (26), welches ein werkstückspezifisches Reflexionsmuster (RI) von an der Oberfläche (8a) des Werkstücks (8) reflektierter Beleuchtungsstrahlung (22) enthält, sowie eine Speichereinrichtung (33), in der eine Mehrzahl von Bildern (BR₁, BR₂, ...) von zumindest teilweise mit dem Identifikationsbereich (Bl) überlappenden, bevorzugt kleineren Referenzbereichen (32) von Oberflächen (8a) einer Mehrzahl von Werkstücken (8) gespeichert ist, die werkstückspezifische Reflexionsmuster (R₁, R₂, ...) enthalten, sowie eine Auswerteeinrichtung (31) zum Identifizieren des Werkstücks (8) durch Vergleichen des Reflexionsmusters (RI) des aufgenommenen Bildes (Bl) des Identifikationsbereichs (26) mit mindestens einem der Mehrzahl von Bildern (BR₁, BR₂, ...) des jeweiligen Referenzbereichs (32).
System nach Anspruch 11, bei dem die Sensoreinrichtung (20) ausgebildet ist, das Beleuchten des Identifikationsbereichs (32) an der Oberfläche (8a) des Werkstücks (8) und das Aufnehmen des Bildes (Bl) des Identifikationsbereichs (32) durch eine Bearbeitungsoptik, insbesondere durch eine Fokussieroptik (15), eines Bearbeitungskopfs (4) zum Bearbeiten des Werkstücks (8) mittels eines Bearbeitungsstrahls (6) hindurch vorzunehmen.
System nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die Auswerteeinrichtung (31) ausgebildet ist, zum Vergleichen des Bildes (BR₁, BR₂, ...) des Referenzbereichs (32) und des Bildes (Bl) des Identifikationsbereichs (26) ein Ähnlichkeitsmaß (A₁, A₂, ...) zwischen dem Bild (Bl) des Identifikationsbereichs (26) und dem Bild (BR₁, BR₂, ...) eines jeweiligen Referenzbereichs (32) bevorzugt durch einen Mustererkennungsalgorithmus zu bestimmen.