Aufgabenstellung:
Eisenbahnschienen müssen sowohl im Fertigungsprozess als auch nach dem Verbauen sicher identifizierbar sein. Für diese Identifikation ist die Kennzeichnung der Eisenbahnschienen nach DIN EN 13674-1-2008 mit einer achtstelligen alphanumerischen Zeichenfolge vorgegeben. Die Zeichenfolge wird seitlich auf die Schiene warmgestempelt und wiederholt sich in einem Abstand von maximal 5m über die gesamte Schienenlänge von bis zu 120m. Im Fertigungsprozess muss diese Codierung sicher gelesen werden. Zusätzlich muss auch die Länge der Schiene und die normgerechte Position der einzelnen Codierungen geprüft werden. Dabei erschweren die verzunderte Oberfläche, Verfärbungen, Vibrationen, Rost und Unebenheiten der Schienen den Lesevorgang. Auch die große Schwankungs-Bandbreite der Zeichenprägung führt zu entsprechenden Variationen in Form und Aussehen der Zeichen. Die Schienen werden auf einem Rollengang mit seitlicher Führung bei 1,5m/s an der Erkennungsstelle transportiert.
Octum Lösung – prozessicheres Lesen durch 3D-OCR.
Die Systemlösung baut auf einer schnellen 3D-Laser-Triangulationskamera zur 3D Datengewinnung auf. Die Transportgeschwindigkeit der Schiene synchronisiert die Bildaufnahme um auch bei schwankender Geschwindigkeit immer gleiche Aufnahme-
sequenzen zu generieren. Dabei wird alle 0,1mm eine neue Bildaufnahme mit 3D Datengenerierung durchgeführt. Bei der maximalen Geschwindigkeit von 1,5m/s wird eine Scanfrequenz von 15kHz erreicht und gleichzeitig ein 3D Bild und Intensitätsbild mit je 16 Bit erzeugt. Über die gesamte Schienenlänge von bis zu 120m entsteht eine riesige Datenmenge die alleine schon eine Herausforderung für die Verarbeitung darstellt. Die Lokalisierung des Zeichenblocks über die gesamte Schienenlänge ist schwierig und im ersten Schienenabschnitt ganz besonders kritisch. Anschließend erfolgt in diesen identifizierten Regionen mit möglichen Zeichen mittels adaptiver Methoden die Segmentierung der einzelnen Zeichen. Im nächsten Schritt wird jedem segmentierten Zeichenbereich mit statistischen Verfahren und Fuzzy Algorithmen das entsprechende Zeichen mit der besten Übereinstimmung aus dem gelernten Zeichensatz zugeordnet. Die Übertragung des Gesamtergebnisses an den Leitstand schließt den Lesezyklus ab. Die geforderten Leistungsdaten der Erkennung werden durch die kontinuierliche Bildaufnahme im Hintergrund in einer eigenen Task und die Auswertung der bis zu 1.2 Millionen 3D Bilder pro Schiene ebenso kontinuierlich in einer anderen Task erreicht. Um die große Bandbreite der Variationen eines Zeichens erfassen zu können, wird beim Lernen des Zeichensatzes bereits ein statistisches Verfahren angewendet, welches die Gemeinsamkeiten eines Zeichens im 3D-Raum betont.
In der Praxis bewährt.
Die 3D Lesestationen zur Zeichenerkennung auf den Eisenbahnschienen sind seit Anfang 2011 bei einem deutschen Hersteller im Einsatz und seit 2004 weltweit in der Fertigung von Eisenbahn Räder. Die Systeme haben sich auch bei sehr hohen Geschwindigkeiten von bis zu 15.000 3D-Bilder pro Sekunde und Tiefenauflösungen von bis zu 10 µm in rauen Fertigungsalltag bewährt.