WO2009129789A1 - Method and device for automated position correction - Google Patents

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WO2009129789A1 PCT/DE2009/000532 DE2009000532W WO2009129789A1 WO 2009129789 A1 WO2009129789 A1 WO 2009129789A1 DE 2009000532 W DE2009000532 W DE 2009000532W WO 2009129789 A1 WO2009129789 A1 WO 2009129789A1
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convolution integral
determining
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Mark Geisel
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Mtu Aero Engines Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for automated position correction of mechanically first or nachzube.den workpieces, in particular of workpieces with curved surfaces.
  • Such stock corrections are necessary, for example, when prefabricated workpieces require finishing, or when already machined workpieces require post-processing after a test run, for which they must be re-clamped in a processing device.
  • the castings usually have a shape which, although largely corresponds to the final shape of the workpiece; however, certain functional surfaces, such as running or storage surfaces, require one in each case
  • Imaging techniques are used.
  • cameras are used which detect the position of the workpiece and possibly pass it on to a CNC control, so that either a position correction of the workpiece or a change of the CNC machining program provided for the post-processing is possible.
  • imaging methods are only suitable for simple and precisely determinable contours. Precise markings or sharply outlined contours are needed to which the imaging device can orient itself.
  • the object of the invention is therefore to provide a method and a device for automated position correction of mechanically first or nachzube.den workpieces, in particular of such workpieces with complex, such as curved surfaces.
  • a method which calculates the positional offset of an inserted workpiece on the basis of a correlation analysis between a previously recorded reference image and a workpiece image reflecting the current situation and forwards this optionally in the form of a position correction to the tool and / or a clamping device.
  • a device is proposed with which the method according to the invention can be advantageously carried out.
  • the method according to the invention addresses the problem that, in particular during post-processing of a workpiece, this has lost its original machining position due to re-clamping, so that it must again be aligned exactly on the machine tool.
  • the method is used for the automated position correction of workpieces that are to be machined or remachined, such as castings or workpieces with complex surface shapes.
  • the method according to the invention comprises the following steps:
  • step (a) the reference image referred to in step (a) must be taken up by a similarly shaped other and optimally clamped workpiece or by the workpiece to be machined before, during or immediately after the initial processing thereof. Accordingly, this recording must take place in advance of the remaining process and processing steps.
  • a workpiece image ( Figure 2) is recorded, which shows the current position of the workpiece before the start of the first processing (in the case of the presence of a Reference image of another workpiece) or before its further processing (in the case of the presence of a reference image of the same workpiece during its initial processing) shows.
  • a relevant area of the same can, for example, by means of certain shaping, drilling, etc. allow a positional determination of the clamped workpiece.
  • step (c) the correlation analysis according to the invention then takes place. In this both the reference and the workpiece image input.
  • the positional displacement of the clamped workpiece is then in relation to its position during its initial processing or to the position of an optimally clamped reference workpiece (step (d)).
  • step e the positional offset determined using the method according to the invention is used to carry out an automatic position correction (step e)).
  • This position correction can be accomplished either by bringing the workpiece together with the receiving device in a new position, or that the tool moves off a suitably adapted tool path, or that both workpiece and receiving device are moved relative to each other.
  • the x-y position of the maximum just corresponds to the desired positional offset.
  • the CNC code necessary for the position correction of the workpiece or tool is automatically generated.
  • a particularly fast and therefore efficient position correction is possible.
  • an image processing and computing device can be used.
  • the inventive method is particularly suitable for the position correction of first or nachzube usedden turbine blades. Since such turbine blades are normally available as castings and have certain unprocessed functional surfaces, exact positioning is essential even during initial processing. Likewise, it is necessary to position the components to be re-clamped and machined after a test run, in turn, exactly to the processing device. Of course, the inventive method is not limited to such components, but can be used for any, even simpler shaped workpieces, or to check an installation position thereof in an assembly, for example by comparing the desired and actual position of existing markers or Einstellmustern.
  • the method according to the invention can be used particularly advantageously in the MRO area (maintenance, repair, overhaul, maintenance, repair, overhaul) of engines and the like. In this case, it can particularly preferably serve the automatic checking of master airfoils.
  • a device according to the invention is also provided. This comprises all the essential components to enable the implementation of the method according to the invention.
  • the device for the automated position correction of workpieces that are to be machined or machined first comprises first a receiving device with which a workpiece can be clamped.
  • the device further comprises a tool with which the workpiece can be processed and / or reworked.
  • the inventive device further comprises a traversing device for the receiving device;
  • the device according to the invention may also comprise a traversing device for the tool.
  • a combination of both traversing devices is possible, wherein preferably each different degrees of freedom are covered.
  • the device according to the invention also comprises an image pickup device which serves to receive at least the workpiece image (FIG.
  • the device also includes an image processing and computing device, as well as one or more device (s) for data transmission to perform the arithmetic operations and, where appropriate, to the corresponding components, in particular to the traversing device (s) forward.
  • the device according to the invention is characterized in that the image processing and computing means comprise means for transforming an image supplied by the image-space device into the Fourier space, means for determining a convolution integral, means for retransforming same into the xy-space and means for determining the xy Position of the maximum of the inverse transformed convolution integral.
  • the device according to the invention is therefore suitable for receiving and processing the necessary images and forwarding the position correction calculated therefrom to corresponding traversing devices.
  • the determination of the positional offset and the integration of this information into corresponding control instructions are carried out fully automatically according to the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a flow chart of a central part of the method according to the invention (correlation analysis).
  • FIG. 2 shows an embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a flow chart of a central part of the method according to the invention, namely the correlation analysis.
  • picture 1 and picture 2 have to be made available to the method.
  • the picture 1 can be the reference picture
  • the picture 2 may be a current recording of the first or re-clamped workpiece (workpiece image). Both images are initially in xy space.
  • a convolution integral of the two transformed images is calculated by means of simple multiplication (image 1 * x image 2 *).
  • the x-y position is determined as the maximum of the inverse-transformed convolution integral. This position corresponds exactly to the desired positional offset.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the device according to the invention.
  • a receiving device 1 the workpiece 2 to be machined is clamped.
  • a corresponding tool 3 is present.
  • the tool 3 may be, for example, a milling tool.
  • the receiving device 1 can be moved relative to the tool by means of a corresponding traversing device 4.
  • Figure 2 shows a traversing 5, with which the tool 3 itself can be moved. Not shown are possibly alternative or additional necessary ways to process recording device 1 and / or tool 3 in other spatial directions and / or to rotate.
  • the device according to the invention further comprises an image pickup device 6. With the aid of this image pickup device 6, it is possible, preferably in digital form, to produce an image of an inserted reference part or of an inserted first or postprocessing workpiece.
  • the device according to the invention also comprises an image processing and computing device 7. This serves, in particular, to carry out the arithmetic operations described in the method according to the invention (correlation analysis, adaptation of the CNC data), and preferably also to control the traversing devices 4 and 5.
  • the image processing and computing device 7 connected by means of appropriate means for data transmission 8 with the respective devices.

Abstract

The invention relates to the providing of a method and a device for the automated position correction of mechanical work pieces to be machined or re-machined, in particular of work pieces having complex, for example bulged, surfaces, said method using a correlation analysis between a pre-recorded reference image and a work piece image reflecting the actual situation for calculating the position shift of an insert work piece relative to the position shown in the reference image, and forwarding said position shift, optionally in the form of a position correction, to the tool and/or to a clamping device. The correlation analysis substantially comprises the following steps: Transforming both images from the x-y domain to the Fourier domain; determining the convolution integral; back-transforming the convolution integral to the x-y domain; determining the x-y position of the maximum of the convolution integral. The x-y position of the maximum then corresponds precisely to the position shift sought. Because of the possibility of automation and the associated elimination of manual activities, a significant gain in reliability and significant time savings are accomplished.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur automatisierten Lagekorrektur Method and device for automated position correction
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatisierten Lagekorrektur von mechanisch erst- oder nachzubearbeitenden Werkstücken, insbesondere von Werkstücken mit gewölbten Oberflächen.The invention relates to a method and a device for automated position correction of mechanically first or nachzubearbeitenden workpieces, in particular of workpieces with curved surfaces.
Derartige Lagerkorrekturen sind beispielsweise dann notwendig, wenn vorgefertigte Werkstücke einer Fertigbearbeitung bedürfen, oder wenn bereits bearbeitete Werkstücke nach einem Testlauf eine Nachbearbeitung benötigen, wofür sie erneut in eine Bearbeitungsvorrichtung eingespannt werden müssen.Such stock corrections are necessary, for example, when prefabricated workpieces require finishing, or when already machined workpieces require post-processing after a test run, for which they must be re-clamped in a processing device.
Das exakte Einspannen von Werkstücken, welche mechanisch bearbeitet werden, ist naturgemäß für ein optimales Bearbeitungsergebnis von großer Bedeutung. Ist ein zu bearbeitendes Werkstück relativ zur Bearbeitungsvorrichtung, z.B. einer CNC- Werkzeugmaschine, falsch ausgerichtet, und verfügt die Bearbeitungsvorrichtung nicht über die Möglichkeit, die tatsächliche Lage des Werkstücks, also den Lageversatz gegenüber einer Referenzlage, selbsttätig zu bestimmen, so sind Fehlbearbeitungen und Ausschuss die Folge.The exact clamping of workpieces, which are machined, is naturally of great importance for an optimal machining result. If a workpiece to be machined is relative to the processing device, e.g. of a CNC machine tool, misaligned, and the machining device does not have the ability to determine the actual position of the workpiece, so the positional offset relative to a reference position, automatically, so mistreatment and rejects result.
Hinsichtlich des Erfordernisses des exakten Einspannens von Werkstücken lassen sich drei Fälle voneinander unterscheiden.With regard to the requirement of exact clamping of workpieces, three cases can be distinguished from each other.
Bereits bei der Erst- bzw. Neuteilbearbeitung eines Werkstücks muss die Lage desselben relativ zur Bearbeitungsvorrichtung exakt bekannt sein. Dies ist insbesondere dann von größter Wichtigkeit, wenn nicht alle Konturen des Werkstücks bearbeitet werden müssen, sondern nur bestimmte, bereits vorgefertigte Außenflächen zu bearbeiten sind. Das ist beispielsweise bei der Verwendung von Gussteilen alsAlready during the initial or new part processing of a workpiece, the position of the same relative to the processing device must be known exactly. This is particularly important, if not all contours of the workpiece must be processed, but only certain, already prefabricated outer surfaces are to be processed. This is for example when using castings as
Halbzeugen der Fall. Die Gussteile weisen im Normalfall eine Form auf, welche zwar weitgehend der Endform des Werkstücks entspricht; bestimmte Funktionsflächen, wie zum Beispiel Lauf- oder Lagerflächen, erfordern jedoch in jedem Fall eineSemifinished the case. The castings usually have a shape which, although largely corresponds to the final shape of the workpiece; however, certain functional surfaces, such as running or storage surfaces, require one in each case
Nachbearbeitung und häufig auch eine spezielle Oberflächenbehandlung. Um diese Flächen entsprechend exakt und präzise bearbeiten zu können, muss das Werkstück exakt in der Bearbeitungsvorrichtung ausgerichtet werden.Post-processing and often also a special surface treatment. Around To be able to process surfaces precisely and precisely, the workpiece must be aligned exactly in the processing device.
Ebenso wichtig ist eine genaue Positionierung bei einer Weiter- oder Nachbearbeitung von Werkstücken. Derartige Nachbearbeitungen können beispielsweise nach Geometriemessungen oder Testläufen notwendig sein, durch welche festgestellt wird, an welchen Stellen die Werkstücke oder aus diesen gefertigte Zusammenbauten noch nicht den endgültigen Erfordernissen entsprechen und daher nachbearbeitet werden müssen. Dies ist beispielsweise im Triebwerksbau ein Standardfall, da hier komplexe Bauteile, beispielsweise komplizierte Profilformen, Statorstufen mit über Deckbänder verbundenen Schaufeln, etc. zu bearbeiten sind. Beispielsweise müssen Turbinenschaufeln nach einer Luftdurchsatzprüfung immer dann nochmals bearbeitet werden, wenn der erzielte Luftdurchsatz zu gering war. Durch eine Falschpositionierung der nachzubearbeitenden Turbinenschaufeln in der Bearbeitungsvorrichtung würden diese durch die Nachbearbeitung praktisch unbrauchbar werden.Equally important is accurate positioning during further or post-processing of workpieces. Such reworking may be necessary, for example, after geometric measurements or test runs, by which it is determined at which points the workpieces or assemblies made from them do not yet meet the final requirements and therefore have to be reworked. This is a standard case, for example, in engine construction, since here complex components, for example complicated profile shapes, stator stages with shrouds connected via shrouds, etc., are to be processed. For example, turbine blades after an air flow rate test must always be re-processed if the air flow achieved was too low. As a result of incorrect positioning of the turbine blades to be reworked in the machining device, they would become practically unusable as a result of the reworking.
Schließlich kann sich die Notwendigkeit eines exakten Wiedereinspannens von Werkstücken auch bei der Überprüfung von Einstellmustern ergeben.Finally, the need for an exact recompression of workpieces can also result in the review of Einstellmustern.
Eine einfache, aber zeitaufwändige Lösung für das Problem des exakten Wiedereinspannens besteht darin, dass ein Monteur die zur exakten Positionierung notwendigen Bohrungen manuell einfährt, bevor mit der Nacharbeit begonnen werden kann. Jedoch ist die Durchführbarkeit dieser Lösung unter anderem von der Möglichkeit, entsprechende Areale für diese Bohrungen vorzusehen, abhängig. Gerade bei Bauteilen hochkomplexer Geometrie kann es jedoch schwierig sein, den entsprechenden Raum bzw. die entsprechende Fläche vorzuhalten.A simple but time-consuming solution to the problem of exact reclamping is that a fitter manually retracts the holes required for accurate positioning before reworking can begin. However, the feasibility of this solution depends inter alia on the ability to provide appropriate areas for these holes. Especially with components of highly complex geometry, it may be difficult to maintain the corresponding space or the corresponding area.
Auch bei Neuteilen kann es aufgrund von Gussschwankungen zu o.g. Problemen kommen. Hier ist beispielsweise die Nachbearbeitung von Turbinenschaufeln und hier das Aufbohren der so genannten „TipCap"-Bohrungen oder „Filmholes" für die Filmkühhlung von Turbinenschaufeln zu nennen. Weiterhin sind unter anderem Vorrichtungen bekannt, die der automatischen oder zumindest halbautomatischen Lage- bzw. Lageversatzbestimmung von Werkstücken in einer Bearbeitungsvorrichtung dienen. Derartige Vorrichtungen arbeiten häufig mechanisch, beispielsweise mittels Messtastern, oder optisch, beispielsweise mittels Laserscannern.Even with new parts, it may come to og problems due to casting fluctuations. Here, for example, the post-processing of turbine blades and here the drilling of the so-called "TipCap" holes or "film handles" for the film cooling of turbine blades to call. Furthermore, inter alia devices are known which serve the automatic or at least semi-automatic position or positional determination of workpieces in a processing device. Such devices often operate mechanically, for example by means of touch probes, or optically, for example by means of laser scanners.
Bekannt sind außerdem auch Vorrichtungen, bei denen bildgebende Verfahren zum Einsatz gelangen. Hier werden Kameras verwendet, die die Lage des Werkstückes erfassen und ggf. an eine CNC-Steuerung weitergeben, so dass entweder eine Lagekorrektur des Werkstücks oder eine Änderung des zur Nachbearbeitung vorgesehenen CNC-Bearbeitungsprogramms möglich ist. Derartige bildgebende Verfahren sind jedoch nur für einfache und exakt bestimmbare Konturen geeignet. Es werden genaue Markierungen oder scharf umrissene Konturen benötigt, an welchen sich die bildgebende Einrichtung orientieren kann.Devices are also known in which imaging techniques are used. Here, cameras are used which detect the position of the workpiece and possibly pass it on to a CNC control, so that either a position correction of the workpiece or a change of the CNC machining program provided for the post-processing is possible. However, such imaging methods are only suitable for simple and precisely determinable contours. Precise markings or sharply outlined contours are needed to which the imaging device can orient itself.
Im Falle gewölbter, komplexer Oberflächen versagen die bekannten Verfahren jedoch häufig, weshalb sie heute noch nicht bei der Bearbeitung und/oder Nachbearbeitung von komplexen Werkstücken wie beispielsweise Turbinenschaufeln zum Einsatz kommen.In the case of curved, complex surfaces, however, the known methods often fail, which is why they are not used today in the machining and / or post-processing of complex workpieces such as turbine blades.
Die Aufgabe der Erfindung ist demnach die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur automatisierten Lagekorrektur von mechanisch erst- oder nachzubearbeitenden Werkstücken, insbesondere von solchen Werkstücken mit komplexen, beispielsweise gewölbten Oberflächen.The object of the invention is therefore to provide a method and a device for automated position correction of mechanically first or nachzubearbeitenden workpieces, in particular of such workpieces with complex, such as curved surfaces.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des in Anspruch 1 vorgeschlagenen Verfahrens und die Merkmale der in Anspruch 7 vorgeschlagenen Vorrichtung gelöst. Dementsprechend wird ein Verfahren vorgeschlagen, welches anhand einer Korrelationsanalyse zwischen einem zuvor aufgenommenen Referenzbild und einem die aktuelle Situation widerspiegelnden Werkstückbild den Lageversatz eines eingelegten Werkstückes berechnet, und diesen gegebenenfalls in Form einer Lagekorrektur an das Werkzeug und/oder eine Spannvorrichtung weiterleitet. Außerdem wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, mit welcher das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft durchgeführt werden kann.The object is solved by the features of the method proposed in claim 1 and the features of the device proposed in claim 7. Accordingly, a method is proposed which calculates the positional offset of an inserted workpiece on the basis of a correlation analysis between a previously recorded reference image and a workpiece image reflecting the current situation and forwards this optionally in the form of a position correction to the tool and / or a clamping device. In addition, a device is proposed with which the method according to the invention can be advantageously carried out.
Weitere bevorzugte Ausfuhrungsformen sind den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den Figuren zu entnehmen.Further preferred embodiments can be found in the dependent claims and the following detailed description and the figures.
Das erfindungsgemäße Verfahren begegnet der Problematik, dass insbesondere bei einer Nachbearbeitung eines Werkstücks dieses seine ursprüngliche Bearbeitungsposition aufgrund eines erneuten Einspannens verloren hat, so dass es erneut exakt an der Werkzeugmaschine ausgerichtet werden muss.The method according to the invention addresses the problem that, in particular during post-processing of a workpiece, this has lost its original machining position due to re-clamping, so that it must again be aligned exactly on the machine tool.
Das Verfahren dient demnach zur automatisierten Lagekorrektur von mechanisch erst- oder nachzubearbeitenden Werkstücken, wie zum Beispiel Gussteilen oder Werkstücken mit komplexen Oberflächenformen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte:Accordingly, the method is used for the automated position correction of workpieces that are to be machined or remachined, such as castings or workpieces with complex surface shapes. The method according to the invention comprises the following steps:
(a) Erfassung oder Bereitstellung eines Referenzbildes (Bild 1);(a) capture or provide a reference image (Figure 1);
(b) Erfassung eines den relevanten Bereich umfassenden Werkstückbildes (Bild 2);(b) detecting a workpiece image covering the relevant area (Figure 2);
(c) Durchführung einer Korrelationsanalyse zwischen Referenzbild und(c) performing a correlation analysis between reference image and
Werkstückbild;Workpiece image;
(d) Bestimmen des Lagerversatzes;(d) determining the bearing offset;
(e) Durchführung einer automatischen Lagekorrektur.(e) performing an automatic position correction.
Das in Schritt (a) genannte Referenzbild muss dementsprechend von einem gleichgeformten anderen und optimal eingespannten Werkstück oder von dem zu bearbeitenden Werkstück vor, während oder direkt nach der Erstbearbeitung desselben aufgenommen werden. Diese Aufnahme muss dementsprechend im Vorfeld der restlichen Verfahrens- und Bearbeitungsschritte erfolgen.Accordingly, the reference image referred to in step (a) must be taken up by a similarly shaped other and optimally clamped workpiece or by the workpiece to be machined before, during or immediately after the initial processing thereof. Accordingly, this recording must take place in advance of the remaining process and processing steps.
Im Schritt (b) wird ein Werkstückbild (Bild 2) aufgenommen, welches die aktuelle Lage des Werkstücks vor Beginn der Erstbearbeitung (im Falle das Vorliegens eines Referenzbildes eines anderen Werkstückes) bzw. vor dessen Weiterbearbeitung (im Falle des Vorliegens eines Referenzbildes desselben Werkstückes bei seiner Erstbearbeitung) zeigt. Es ist dabei erfindungsgemäß nicht nötig, das gesamte Werkstück aufzunehmen, sondern es kann bevorzugt ausreichend sein, einen relevanten Bereich desselben aufzunehmen. Dieser relevante Bereich kann beispielsweise durch bestimmte Formgebung, Bohrungen o.a. eine Lagebestimmung des eingespannten Werkstückes erlauben. Durch die Reduktion der für die weitergehende Analyse notwendigen Daten kann die Analyse schneller erfolgen, da vor allem weniger Rechenoperationen durchzuführen sind, als dies bei umfangreicheren Bildern der Fall wäre.In step (b), a workpiece image (Figure 2) is recorded, which shows the current position of the workpiece before the start of the first processing (in the case of the presence of a Reference image of another workpiece) or before its further processing (in the case of the presence of a reference image of the same workpiece during its initial processing) shows. According to the invention, it is not necessary to receive the entire workpiece, but it may preferably be sufficient to receive a relevant area of the same. This relevant area can, for example, by means of certain shaping, drilling, etc. allow a positional determination of the clamped workpiece. By reducing the data necessary for the further analysis, the analysis can be carried out faster, since, above all, fewer arithmetic operations have to be carried out than would be the case with more extensive images.
Im Schritt (c) findet dann die erfindungsgemäße Korrelationsanalyse statt. In diese finden sowohl das Referenz- als auch das Werkstückbild Eingang.In step (c) the correlation analysis according to the invention then takes place. In this both the reference and the workpiece image input.
Als Resultat der Korrelationsanalyse liegt dann die Lageverschiebung des eingespannten Werkstücks in Relation zu seiner Lage während seiner Erstbearbeitung bzw. zur Lage eines optimal eingespannten Referenzwerkstückes vor (Schritt (d)).As a result of the correlation analysis, the positional displacement of the clamped workpiece is then in relation to its position during its initial processing or to the position of an optimally clamped reference workpiece (step (d)).
Schließlich wird der anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelte Lageversatz zur Durchführung einer automatischen Lagekorrektur genutzt (Schritt e)). Diese Lagekorrektur kann entweder dadurch bewerkstelligt werden, dass das Werkstück zusammen mit der Aufnahmevorrichtung in eine neue Position gebracht wird, oder dass das Werkzeug eine entsprechend angepasste Werkzeugbahn abfährt, oder dass sowohl Werkstück als auch Aufnahmevorrichtung relativ zueinander verfahren werden.Finally, the positional offset determined using the method according to the invention is used to carry out an automatic position correction (step e)). This position correction can be accomplished either by bringing the workpiece together with the receiving device in a new position, or that the tool moves off a suitably adapted tool path, or that both workpiece and receiving device are moved relative to each other.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist hierbei durch folgende Art der Korrelationsanalyse gekennzeichnet:The method according to the invention is characterized by the following type of correlation analysis:
(i) Für jedes der beiden erfindungsgemäß notwendigen Bilder (Referenzbild, Bild 1 und Werkstückbild, Bild 2) erfolgt getrennt eine Transformation desselben aus dem x-y-Raum in den Fourier-Raum (2D-FFT). Danach liegen die beiden Bilder in transformierter Form vor. (ii) In einem nächsten Schritt wird das Faltungsintegral der beiden transformierten Bilder mittels einfacher Multiplikation errechnet.(i) For each of the two images required according to the invention (reference image, image 1 and workpiece image, image 2), a transformation takes place separately from the xy space into the Fourier space (2D-FFT). Then the two pictures are in transformed form. (ii) In a next step, the convolution integral of the two transformed images is calculated by simple multiplication.
(iii) Anschießend erfolgt eine Rücktransformation des Faltungsintegrals in den x- y-Raum.(iii) Subsequently, an inverse transformation of the convolution integral into the xy space takes place.
(iv) In einem letzten Schritt wird die x-y-Position des Maximums des(iv) In a last step, the x-y position of the maximum of the
Faltungsintegrals ermittelt.Convolution integral.
Die x-y-Position des Maximums entspricht gerade dem gesuchten Lageversatz.The x-y position of the maximum just corresponds to the desired positional offset.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der zur Lagekorrektur des Werkstückes oder Werkzeugs notwendige CNC-Code automatisch generiert. Auf diese Weise ist eine besonders schnelle und daher effiziente Lagekorrektur möglich. Besonders bevorzugt kann hierzu eine Bildverarbeitungs- und Rechenvorrichtung verwendet werden.According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the CNC code necessary for the position correction of the workpiece or tool is automatically generated. In this way, a particularly fast and therefore efficient position correction is possible. Particularly preferred for this purpose an image processing and computing device can be used.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Lagekorrektur von erst- oder nachzubearbeitenden Turbinenschaufeln. Da derartige Turbinenschaufeln im Normalfall als Gussteile vorliegen und bestimmte noch unbearbeitete Funktionsflächen vorweisen, ist eine exakte Positionierung schon bei der Erstbearbeitung unabdingbar. Gleichermaßen ist es notwendig, die beispielsweise nach einem Testlauf erneut einzuspannenden und zu bearbeitenden Bauteile wiederum exakt zu Bearbeitungsvorrichtung zu positionieren. Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Verfahren jedoch nicht auf derartige Bauteile limitiert, sondern kann für jegliche, auch einfacher geformte Werkstücke, oder auch zur Überprüfung einer Einbaulage derselben in einen Zusammenbau benutzt werden, beispielsweise durch Vergleich der Soll- und Ist-Lage von entsprechend vorhandenen Markern oder Einstellmustern.The inventive method is particularly suitable for the position correction of first or nachzubearbeitenden turbine blades. Since such turbine blades are normally available as castings and have certain unprocessed functional surfaces, exact positioning is essential even during initial processing. Likewise, it is necessary to position the components to be re-clamped and machined after a test run, in turn, exactly to the processing device. Of course, the inventive method is not limited to such components, but can be used for any, even simpler shaped workpieces, or to check an installation position thereof in an assembly, for example by comparing the desired and actual position of existing markers or Einstellmustern.
Aufgrund der Eignung speziell für komplex geformte Oberflächen kann das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft im MRO-Bereich (Maintenance, Repair, Overhaul; Wartung, Reparatur, Überholung) von Triebwerken und dergleichen eingesetzt werden. Hierbei kann es besonders bevorzugt der automatischen Überprüfung von master airfoils dienen. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird außerdem eine erfindungsgemäße Vorrichtung bereitgestellt. Diese umfasst alle wesentlichen Komponenten, um die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu ermöglichen.Due to the suitability especially for complex shaped surfaces, the method according to the invention can be used particularly advantageously in the MRO area (maintenance, repair, overhaul, maintenance, repair, overhaul) of engines and the like. In this case, it can particularly preferably serve the automatic checking of master airfoils. For carrying out the method according to the invention, a device according to the invention is also provided. This comprises all the essential components to enable the implementation of the method according to the invention.
Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung zur automatisierten Lagekorrektur von mechanisch erst- oder nachzubearbeitenden Werkstücken zunächst eine Aufnahmeeinrichtung, mit welcher ein Werkstück eingespannt werden kann. Die Vorrichtung umfasst weiter ein Werkzeug mit welchem das Werkstück bearbeitet und/oder nachgearbeitet werden kann. Damit die Aufnahmeeinrichtung dabei translatorische und/oder rotatorische Bewegungen des Werkstücks ermöglicht, umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung weiter eine Verfahreinrichtung für die Aufnahmeeinrichtung; alternativ oder zusätzlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch eine Verfahrvorrichtung für das Werkzeug umfassen. Schließlich ist auch eine Kombination beider Verfahreinrichtungen möglich, wobei bevorzugt jeweils unterschiedliche Freiheitsgrade abgedeckt werden. Die erfϊndungsgemäße Vorrichtung umfasst außerdem eine Bildaufhahmeeinrichtung, die der Aufnahme mindestens des Werkstückbildes (Bild 2), bevorzugterweise jedoch auch des Referenzbildes (Bild 1) dient. Schließlich umfasst die Vorrichtung außerdem eine Bildverarbeitungs- und Recheneinrichtung, sowie eine oder mehrere Einrichtung(en) zur Datenübertragung, um die Rechenoperationen auszuführen und gegebenenfalls an die entsprechenden Komponenten, insbesondere an die Verfahreinrichtung(en) weiterzuleiten.According to the invention, the device for the automated position correction of workpieces that are to be machined or machined first comprises first a receiving device with which a workpiece can be clamped. The device further comprises a tool with which the workpiece can be processed and / or reworked. In order for the receiving device thereby allows translational and / or rotational movements of the workpiece, the inventive device further comprises a traversing device for the receiving device; Alternatively or additionally, the device according to the invention may also comprise a traversing device for the tool. Finally, a combination of both traversing devices is possible, wherein preferably each different degrees of freedom are covered. The device according to the invention also comprises an image pickup device which serves to receive at least the workpiece image (FIG. 2), but preferably also the reference image (FIG. 1). Finally, the device also includes an image processing and computing device, as well as one or more device (s) for data transmission to perform the arithmetic operations and, where appropriate, to the corresponding components, in particular to the traversing device (s) forward.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungs- und Recheneinrichtung Mittel zur Transformation eines durch die Bildaumahmevorrichtung gelieferten Bildes in den Fourier-Raum, Mittel zur Ermittlung eines Faltungsintegrals, Mittel zur Rücktransformation desselben in den x-y-Raum und Mittel zur Ermittlung der x-y-Position des Maximums des rücktransformierten Faltungsintegrals umfasst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist also dazu geeignet, die notwendigen Bilder aufzunehmen, zu verarbeiten, und die daraus errechnete Lagekorrektur an entsprechende Verfahrvorrichtungen weiterzuleiten. Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, die Lage von Werkstücken mit komplexen Oberflächen, wie beispielsweise Turbinenschaufeln, miteinander verbundenen Schaufelsegmenten, etc. vor der Erstbearbeitung und/oder der Nachbearbeitung derselben exakt zu erfassen, so dass eine nachfolgende Bearbeitung mit der notwendigen Präzision durchgeführt werden kann. Die Bestimmung des Lageversatzes und die Integration dieser Informationen in entsprechende Steueranweisungen erfolgt entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren vollautomatisch. Durch Verwendung der ebenfalls bereitgestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, den anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens errechneten Lageversatz in Form einer Lagekorrektur an die entsprechenden Komponenten, insbesondere an die Verfahreinrichtungen für die Aufnahmevorrichtung und/oder das Werkstück weiterzuleiten. Aufgrund der Möglichkeit zur Automatisierung und des damit verbundenen Entfalls manueller Tätigkeiten wird ein deutlicher Zugewinn an Zuverlässigkeit sowie eine signifikante Zeit- und Kostenersparnis erreicht.The device according to the invention is characterized in that the image processing and computing means comprise means for transforming an image supplied by the image-space device into the Fourier space, means for determining a convolution integral, means for retransforming same into the xy-space and means for determining the xy Position of the maximum of the inverse transformed convolution integral. The device according to the invention is therefore suitable for receiving and processing the necessary images and forwarding the position correction calculated therefrom to corresponding traversing devices. By applying the method according to the invention, it is possible to accurately detect the position of workpieces with complex surfaces, such as turbine blades, interconnected blade segments, etc. prior to initial processing and / or post-processing, so that subsequent processing with the necessary precision can be carried out. The determination of the positional offset and the integration of this information into corresponding control instructions are carried out fully automatically according to the method according to the invention. By using the device according to the invention also provided, it is possible to forward the position offset calculated by the method according to the invention in the form of a position correction to the corresponding components, in particular to the displacement devices for the receiving device and / or the workpiece. Due to the possibility of automation and the associated elimination of manual activities, a significant gain in reliability and a significant time and cost savings is achieved.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beschreibung der beigefügten Figuren näher erläutert. Darin zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the description of the accompanying figures. Show:
Figur 1 ein Flussdiagramm eines zentralen Teils des erfindungsgemäßen Verfahrens (Korrelationsanalyse).1 shows a flow chart of a central part of the method according to the invention (correlation analysis).
Figur 2 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.Figure 2 shows an embodiment of the device according to the invention.
Die Figur 1 zeigt ein Flussdiagramm eines zentralen Teils des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich der Korrelationsanalyse.FIG. 1 shows a flow chart of a central part of the method according to the invention, namely the correlation analysis.
Zu Beginn müssen dem Verfahren zwei Bilder, hier Bild 1 und Bild 2 genannt, zur Verfügung gestellt werden. Das Bild 1 kann dabei das Referenzbild sein, das Bild 2 kann eine aktuelle Aufnahme des erst- bzw. wiedereingespannten Werkstückes sein (Werkstückbild). Beide Bilder befinden sich zunächst im x-y-Raum.At the beginning, two pictures, here picture 1 and picture 2, have to be made available to the method. The picture 1 can be the reference picture, the picture 2 may be a current recording of the first or re-clamped workpiece (workpiece image). Both images are initially in xy space.
Anschließend erfolgt, für jedes dieser beiden Bilder getrennt, eine Transformation desselben in den Fourier-Raum (2D-FFT). Danach liegen die beiden Bilder in transformierter Form vor (Bild 1 * bzw. Bild 2*).Subsequently, for each of these two images separated, a transformation thereof into the Fourier space (2D-FFT) takes place. Then the two pictures are in transformed form (picture 1 * and picture 2 *).
In einem nächsten Schritt wird ein Faltungsintegral der beiden transformierten Bilder mittels einfacher Multiplikation errechnet (Bild 1 * x Bild 2*).In a next step, a convolution integral of the two transformed images is calculated by means of simple multiplication (image 1 * x image 2 *).
Danach erfolgt eine Rücktransformation des Faltungsintegrals in den kartesischen, d.h. in den x-y-Raum. (2D-FFT"1).This is followed by a back transformation of the convolution integral into the Cartesian, ie into the xy space. (2D-FFT "1 ).
Schließlich wird die x-y-Position das Maximums des rücktransformierten Faltungsintegrals ermittelt.. Diese Position entspricht gerade dem gesuchten Lageversatz.Finally, the x-y position is determined as the maximum of the inverse-transformed convolution integral. This position corresponds exactly to the desired positional offset.
Die Figur 2 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In einer Aufnahmevorrichtung 1 ist das zu bearbeitende Werkstück 2 eingespannt. Zur Bearbeitung des Werkstücks 2 ist ein entsprechendes Werkzeug 3 vorhanden. In der hier dargestellten Ausführungsform kann das Werkzeug 3 beispielsweise ein Fräswerkzeug sein. Die Aufnahmevorrichtung 1 kann mittels einer entsprechenden Verfahreinrichtung 4 relativ zum Werkzeug verfahren werden. Ebenso zeigt Figur 2 eine Verfahreinrichtung 5, mit welcher das Werkzeug 3 selber verfahren werden kann. Nicht gezeigt sind möglicherweise alternativ oder zusätzlich notwendige Möglichkeiten, Aufnahmeeinrichtung 1 und/oder Werkzeug 3 in anderen Raumrichtungen zu verfahren und/oder zu rotieren.FIG. 2 shows an embodiment of the device according to the invention. In a receiving device 1, the workpiece 2 to be machined is clamped. For machining the workpiece 2, a corresponding tool 3 is present. In the embodiment shown here, the tool 3 may be, for example, a milling tool. The receiving device 1 can be moved relative to the tool by means of a corresponding traversing device 4. Likewise, Figure 2 shows a traversing 5, with which the tool 3 itself can be moved. Not shown are possibly alternative or additional necessary ways to process recording device 1 and / or tool 3 in other spatial directions and / or to rotate.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst weiter eine Bildaufnahmeeinrichtung 6. Mit Hilfe dieser Bildaufnahmeeinrichtung 6 ist es möglich, ein Bild von einem eingelegten Referenzteil bzw. einem eingelegten erst- oder nachzubearbeitenden Werkstück bevorzugt in digitaler Form anzufertigen. Schließlich umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung noch eine Bildverarbeitungsund Recheneinrichtung 7. Diese dient insbesondere der Durchführung der im erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Rechenoperationen (Korrelationsanalyse, Anpassung der CNC-Daten), sowie bevorzugt auch einer Steuerung der Verfahreinrichtungen 4 und 5. Hierzu ist die Bildverarbeitungs- und Recheneinrichtung 7 mittels entsprechender Einrichtungen zur Datenübertragung 8 mit den jeweiligen Vorrichtungen verbunden. Diese Verbindungen werden in der Figur 2 mittels gepunkteter Linien dargestellt. The device according to the invention further comprises an image pickup device 6. With the aid of this image pickup device 6, it is possible, preferably in digital form, to produce an image of an inserted reference part or of an inserted first or postprocessing workpiece. Finally, the device according to the invention also comprises an image processing and computing device 7. This serves, in particular, to carry out the arithmetic operations described in the method according to the invention (correlation analysis, adaptation of the CNC data), and preferably also to control the traversing devices 4 and 5. For this purpose, the image processing and computing device 7 connected by means of appropriate means for data transmission 8 with the respective devices. These compounds are shown in FIG. 2 by dotted lines.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zur automatisierten Lagekorrektur von mechanisch erst- oder nachzubearbeitenden Werkstücken, umfassend die Schritte:1. A method for automated position correction of mechanically first or nachzubearbeitenden workpieces, comprising the steps:
(a) Bereitstellen eines Referenzbildes; (b) Erfassen eines den relevanten Bereich umfassenden Werkstückbildes;(a) providing a reference image; (b) detecting a workpiece image including the relevant area;
(c) Durchführen einer Korrelationsanalyse zwischen Referenzbild und Werkstückbild;(c) performing a correlation analysis between the reference image and the workpiece image;
(d) Bestimmen des Lagerversatzes;(d) determining the bearing offset;
(e) Durchführen einer automatischen Lagekorrektur; dadurch gekennzeichnet, dass die Korrelationsanalyse anhand der Schritte(e) performing an automatic position correction; characterized in that the correlation analysis based on the steps
(i) Transformation des Referenzbildes und des Werkstückbildes aus dem x- y-Raum in den Fourier-Raum;(i) transformation of the reference image and the workpiece image from the x-y space into the Fourier space;
(ii) Ermitteln des Faltungsintegrals;(ii) determining the folding integral;
(iii) Rücktransformation des Faltungsintegrals in den x-y-Raum; (iv) Ermitteln der x-y-Position des Maximums des Faltungsintegrals; wobei das Maximum des Faltungsintegrals gerade dem gesuchten Lageversatz entspricht.(iii) back transformation of the convolution integral into x-y space; (iv) determining the x-y position of the maximum of the convolution integral; where the maximum of the convolution integral just corresponds to the desired positional offset.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei mit dem ermittelten Lageversatz automatisch ein CNC-Code zur Lagekorrektur des Werkstücks oder Werkzeuges generiert wird. 2. The method of claim 1, wherein the determined positional offset automatically generates a CNC code for position correction of the workpiece or tool.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zu bearbeitenden Werkstücke Turbinenschaufeln, bzw. Schaufelsegmente sind.3. The method of claim 1 or 2, wherein the workpieces to be machined turbine blades, or blade segments.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, welches insbesondere der Überprüfung eines „master-airfoil" dient.4. The method according to any one of the preceding claims, which serves in particular the review of a 'master airfoil'.
5. Computerprogramm zur Ausführung auf einem Rechner, welches die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 1 bis 4 erlaubt. 5. Computer program for execution on a computer, which allows the implementation of the method according to claim 1 to 4.
6. Datenträger, der ein Computerprogramm gemäß Anspruch 5 umfasst.6. data carrier comprising a computer program according to claim 5.
7. Vorrichtung zur automatisierten Lagekorrektur von mechanisch erst- oder nachzubearbeitenden Werkstücken, umfassend eine Aumahmevorrichtung (1) für ein Werkstück (2), ein Werkzeug (3), eine Verfahrvorrichtung (4) für die Aufnahmevorrichtung (1) und/oder eine Verfahrvorrichtung (5) für das Werkzeug7. A device for automated position correction of mechanically first or nachzubearbeitenden workpieces, comprising a Aumahmevorrichtung (1) for a workpiece (2), a tool (3), a traversing device (4) for the receiving device (1) and / or a traversing device ( 5) for the tool
(3), eine Bildaufnahmevorrichtung (6), eine Bildverarbeitungs- und Recheneinrichtung (7), sowie eine oder mehrere Einrichtung(en) zur Datenübertragung (8), dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungs- und Recheneinrichtung (7) Mittel zur Transformation eines durch die Bildaufnahmeeinrichtung (6) gelieferten Bildes in den Fourier-Raum, Mittel zur Ermittlung eines Faltungsintegrals, Mittel zur Rücktransformation desselben in den x-y-Raum und Mittel zur Ermittlung der x-y-Position des Maximums des rücktransformierten Faltungsintegrals umfasst. (3), an image pickup device (6), an image processing and computing device (7), and one or more device (s) for data transmission (8), characterized in that the image processing and computing means (7) comprises means for transforming a the image recording device (6) supplied image in the Fourier space, means for determining a convolution integral, means for inverse transformation thereof into the xy space and means for determining the xy position of the maximum of the inverse transformed convolution integral.
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