Rotationssymmetrische Kopfwelle für ein Dentalinstrument: Das Track & Trace-Lesesystem erkennt die filigranen Hochleistungsbauteile anhand der Oberflächenstruktur der Mantelfläche. (Bild: Fraunhofer IPM)
Prozesse in der Industrieproduktion zu optimieren ist nur möglich, wenn sich Bauteile von der Fertigung bis zur Integration in eine Baugruppe rückverfolgen lassen. Für die Rückverfolgung von Produkten werden in der Regel Bar- oder Datamatrixcodes genutzt. Bei filigranen Präzisionsbauteilen fehlt aber oft der nötige Platz für solche Markierungen. Das markierungsfreie Track & Trace-Fingerprint-Verfahren von Fraunhofer IPM nutzt stattdessen die individuelle Mikrostruktur der Bauteiloberfläche für die Identifikation.
Wie funktioniert Track & Trace Fingerprint?
Ein definierter Bereich der Bauteiloberfläche wird mit einer Kamera hochaufgelöst aufgenommen. Aus der Bildaufnahme mit ihren spezifischen Strukturen und deren Position wird eine numerische Kennung errechnet und einer ID zugeordnet, der Fingerprint. Diese Paarung wird in einer Datenbank hinterlegt. Zur späteren Identifizierung wird der Vorgang wiederholt, ein Datenabgleich liefert die ID zurück.
Bisher war das Verfahren aber nur auf rechteckige Bauteile anwendbar: Der Fingerprint-Bereich muss zur Identifikation exakt positioniert sein. Leichte Ungenauigkeiten können bei rechteckigen Bauteilen softwareseitig durch Verschieben oder Verdrehen der Aufnahme in den Fingerprint-Bereich korrigiert werden.
Bei rotationssymmetrischen Bauteilen funktioniert das nicht: Hier bleibt die Rotationslage unbekannt, sodass die Fingerprints nicht abgeglichen werden können. Bisher jedenfalls: Im Rahmen des Projektes ProIQ (Adaptive, prozessübergreifende Qualitätsregelkreise mittels photonischer Sensoren zur Identifikation und Qualitätsmessung von Hochpräzisionsbauteilen) wurde die Technologie erstmals auch für rotationssymmetrische Objekte genutzt.
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Wie funktioniert die rotatiossymmetrische Erkennung?
Fraunhofer IPM hat nun seinen Track & Trace Fingerprint-Algorithmus so weiterentwickelt, dass der Fingerprint einerseits zusätzliche Informationen aus allen Rotationslagen beinhaltet, gleichzeitig aber die dabei entstehenden redundanten Informationen verworfen werden. Damit ist ein Abgleich im Produktionstakt auch bei unbekannter Rotationslage möglich.
Dass dies funktioniert, wurde anhand von Präzisionsbauteilen der Projektpartner Robert Bosch GmbH und Sirona Dental Systems GmbH gezeigt:
- Bei Bosch gelang es dem Team, Düsennadeln für einen Hochleistungsinjektor anhand der Stirnseite der zylinderähnlichen Bauteile seriennah zu identifizieren.
- Bei der Kopfwelle eines Sirona-Dentalbauteils stand keine Stirnfläche zur Verfügung, sodass hier die Mantelfläche mit einem eigens entwickelten Lesesystem aufgenommen wurde. Eine besondere Herausforderung dabei war, dass die Bauteile geschliffen und gehärtet werden, was die Oberfläche verändert. Dennoch wurden zum Projektabschluss mit Ausnahme eines einzigen, stark beschädigten Bauteils alle Komponenten sicher identifiziert.
Damit sei die markierungsfreie Rückverfolgung anhand der Oberfläche alternativen Technologien wie etwa dem Datamatrix-Code deutlich überlegen, so das Fraunhofer IPM.
Details zur markerfreien Identifizierung von Bauteilen findet sich in folgendem Youtube-Video: