Oberflächenprüfsystem für die vollautomatische Kontrolle dreidimensionaler Bauteile

Glänzende Aussichten

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Die Qualität hochglänzender Oberflächen wird in der Teilefertigung noch vielfach per Sichtprüfung beurteilt. Dieses Vorgehen unterliegt jedoch Schwankungen und ist schwer zu objektivieren. Wie sich dieser Prozess auf Basis des Deflektometrie-Verfahrens automatisieren lässt, zeigt ein Webinar von Carl Zeiss und Quality Engineering.

„Gerade im Automobil- und Zulieferbereich gibt es sehr viele dekorative oder funktionale hochglänzende Oberflächen, deren Qualität heute von Sichtprüfern anhand von Mustern, Dokumenten oder Fotos beurteilt wird. Dieses manuelle Vorgehen birgt eine Reihe von Nachteilen“, stellt Jörg Packeiser fest, Leiter Produktmanagement bei Carl Zeiss OIM in Wangen. „100-Prozent-Prüfungen sind auf diesem Weg nur mit sehr hohem Aufwand und Kosten realisierbar. Außerdem fehlt es oft an objektivierbaren Anforderungen, die über mehrere, auch internationale Standorte hinweg im gesamten Unternehmen gelten.“ Dies berge einerseits die Gefahr, dass Bauteile als I.O. eingestuft werden, die ausgemustert gehören. Doch auch der umgekehrte Effekt sei zu beobachten, wenn nämlich die Sichtprüfer aufgefordert werden, die Kontrollen zu verschärfen: „Dann werden vielfach I.O.-Bauteile als N.I.O. aussortiert, sodass dem Unternehmen letztlich ein wirtschaftlicher Schaden entsteht. Denn es könnten mehr Bauteile ausgeliefert werden“, so Packeiser.

Carl Zeiss OIM hat deshalb mit Surfmax ein Oberflächenprüfsystem für die vollautomatische Kontrolle von dreidimensionalen Bauteilen im Programm, dass sich inline in den Fertigungsprozess integrieren lässt. Dabei handelt es sich nicht um eine Standard-Lösung. Die Systemlösung wird von Carl Zeiss OIM vielmehr für die jeweiligen Anwendungsfälle ausgelegt und parametrisiert. „Dabei ist das System aber flexibel, es lässt sich auch für die Prüfung unterschiedlicher Bauteile nutzen“, betont Packeiser.
Das System bildet dabei die Abläufe der Sichtprüfer nach: Genauso wie der Mensch betrachtet es Unterschiede in Helligkeit, Glanz, Oberflächentextur und im Krümmungsverlauf – letzteres anhand von Sichtkanten. Dabei wird das zu begutachtende Objekt gegen Lichtkanten gedreht und gewendet. Und verschiedene Ansichten werden sozusagen „addiert“. Aus diesen Beobachtungen wird schließlich ein Urteil abgeleitet.
Surfmax nutzt dabei das phasenmessende Deflektrometrie-Verfahren: Spiegelnde Oberflächen werden also berührungsfrei erfasst beziehungsweise vermessen. Dazu erzeugt das System mittels LED-Technologie ein Lichtmuster auf dem Bauteil, das von Kameras beobachtet wird. Und eine Bildverarbeitungs-Software sorgt für die Auswertung und Analyse der Bilder. „Für normale Kamerasysteme sind spiegelnde Oberflächen schwierig zu beurteilen“, erklärt der Produktmanager. „Surfmax eignet sich aufgrund der phasenmessenden Deflektrometrie vor allem für hochglänzende Oberflächen, geht aber auch deutlich in den matten Bereich. Somit handelt es sich um das einzige Verfahren, mit dem sich unterschiedliche Oberflächen an einem Prüfling gleichzeitig beurteilen lassen.“ Im Gegensatz zur phasenmessende Deflektrometrie arbeitet die traditionelle Deflektrometrie mit starren Mustern, ist somit ausschließlich für glänzende Oberflächen geeignet. Matte Oberflächen hingegen werden in der Regel mit Streifenlichtprojektion oder Graubild-Bildverarbeitung begutachtet.
Der Einsatz von LED-Licht sorgt nach Aussagen des Carl-Zeiss-Experten für eine hohe Lichtausbeute und somit hohe Kontraste. Die Beleuchtung lässt sich dabei auch so anordnen, dass die Bauteile aus unterschiedlichen Richtungen beleuchtet werden. Packeiser: „Somit sind bei Surfmax auch Zeilenkameras etwa für rotationssymmetrische oder längliche Teile einsetzbar.“
Der große Vorteile: Das System liefert nicht nur Graubilder, sondern auch zusätzliche Informationen wie: Wie stark ist die Reflexion, die Helligkeit, der Glanz? Und welche Unterschiede gibt es in der Neigung? „Damit sind im Gegensatz zu anderen Verfahren zum Beispiel auch Kratzer in galvanisierten Oberflächen zu detektieren, die sich relativ weit an der Oberfläche befinden“, betont Packeiser. Kratzer in hochglänzenden oder mattierten galvanisierten Kunststoffoberflächen sind nur eine Domäne von Surfmax. Auch Scheuerstellen, Pickel, Beulen, Einschlüsse oder eine unvollständige Galvanisierung lassen sich damit aufdecken. Andere Beispiele, die bereits mit Surfmax realisiert wurden: Die Prüfung polierter Zierleisten oder im Motorenbau die Kontrolle geschliffenen Metalls.
So wurde ein System für die Untersuchung komplexer Bauteil mit 150 mm Durchmesser mit gekrümmten Oberflächen mit einer Vier-Achs-Bewegungseinheit mit mehreren Kameras realisiert. „Typische Taktraten liegen hier je nach Bauteil zwischen 10 und 30 Sekunden“, sagt Packeiser. Für kleine zylindrische Bauteile wie beispielsweise Buchsen wurden sogar Taktzeiten von 3 bis 4 s umgesetzt – und zwar durch den Einsatz mehrerer, parallel arbeitender Zeilenkameras.
„Wir können mit Surfmax ein sehr breites Oberflächenspektrum bedienen“, sagt Packeiser. „Die Flexibilität des Systems hängt dabei von den zu prüfenden Teilen ab. Die Auslegung von Software und Kameras besprechen wir dabei individuell mit dem Kunden.“ Allerdings hat die Flexibilität auch ihre Grenzen: „Mit einem System, das Zierleisten prüfen soll, werden sich keine Zylinder kontrollieren lassen.“ Und auch an große Bauteile wie Stoßstangen wagt sich Surfmax nach Aussagen von Packeiser noch nicht heran: „Prinzipiell funktioniert das mit der Technologie, doch konzentrieren wir uns derzeit auf kleine und mittelgroße Bauteile.“ ■
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