Prüfmuster aus CAD-Daten

„Vor einiger Zeit erhielten wir die Anfrage eines Kunden, der sogenannte Schanzschrauben für die Behandlung von Knochenfrakturen herstellt“, erinnert sich Lorenz Blass, Softwareentwickler beim Bildverarbeitungsspezialisten Compar. Dabei handelt es sich um lange Schrauben aus biokompatiblem Material wie Titan mit einem anspruchsvoll gestalteten Gewinde am vorderen Ende. Bei komplizierten Trümmerfrakturen werden solche Schrauben mit ihrem Gewinde in den Knochen beziehungsweise in den Knochenfragmenten verankert.

Damit die Schrauben auch bei wechselnden Belastungen sicheren Halt im Knochen gewährleisten, müssen die Geometrie von Schaft und Gewinde sehr genau mit den Vorgaben übereinstimmen. Diese Kontrollen hat der Hersteller früher manuell vorgenommen, wobei der Mitarbeiter die Schraube in einem definierten Winkel vor einen Projektor hielt und ihre Form mit Hilfe einer Schablone beurteilte. Diese Methode war jedoch zeitaufwändig und fehleranfällig. Der Hersteller wollte daher ein automatisiertes Inspektionsverfahren, das sich zudem flexibel neuen Geometrievarianten anpassen lässt.

„Im Prinzip handelt es sich hierbei um eine doppelte Aufgabenstellung, die sowohl ein Verfahren zum Mustervergleich als auch eine dazu passende Handlinglösung umfasste“, sagt Blass. Die Inspektionseinheit von Compar besteht aus einer Beleuchtungseinheit und einer Kamera mit parallelem (telezentrischem) Strahlengang, was eine verzerrungsfreie Projektion des Objekts auf den Bildsensor sicherstellt. Das Sensorbild wird per Software in einen scharfkantigen Schattenriss umgewandelt, dessen Konturen exakt vermessen und mit entsprechenden Sollvorgaben verglichen werden. Dafür muss das Gewinde allerdings exakt in seinem Steigungswinkel in den Strahlengang gehalten werden, weshalb hierfür ein Roboter zum Einsatz kommt.

Als Vorlage für den Mustervergleich dienten bisher meist Aufnahmen der Schattenrisse von Gutteilen. Das Erzeugen der entsprechenden Bilddaten war aufwändig – ebenso wie logistische Schritte, um Verwechslungen zu vermeiden und eine korrekte Zuordnung von Vorlage und Prüfteil sicherzustellen. Bei der Generierung des Vergleichsmusters musste unter anderem darauf geachtet werden, dass ein Teil aus der Mitte des Streubands gewählt wurde, um einen systematischen Fehler zu vermeiden. Ein gleichzeitiger Vergleich mit beiden Grenzen des zulässigen Streubands war nicht möglich.

Compar schlug dem Kunden deshalb vor, die für eine Qualitätsprüfung erforderlichen Projektionen direkt aus seinen 3D-CAD-Daten zu erzeugen. Die Übermittlung an das Prüfsystem erfolgt im DXF-Format. Aus diesen Daten generiert die Software alle benötigten Schattenrisse und Konturbilder und sorgt auch für die erforderliche Skalierung. Zu den Vorteilen dieses Vorgehens zählt auch, dass die Vorlagen exakt in der Mitte der gewünschten Streubänder liegen und es zudem möglich ist, auch die Grenzen der jeweiligen Streubänder in Form von Min-/Max-Hüllkurven zu übermitteln.

Für die Untersuchung wird der Prüfling vom Roboter am Schaft gegriffen und im erforderlichen Winkel in den Strahlengang der telezentrischen Optik gehalten. Die Software des Prüfsystems sorgt dafür, dass das Abbild mit den Solldaten der Geometrie zur Deckung gebracht und die Differenzen dann ausgewertet werden. Dies ermöglicht eine schnelle Einteilung in Gut/Schlechtteile. Weiterer Vorteil der Verwendung von Prüfdaten, die direkt aus den CAD-Daten generiert werden ist, dass man bei Bedarf den Umfang des Bauteils in beliebig definierbaren Winkelintervallen abtasten kann, um auf diese Weise kleinere lokale Fehler wie Ausbrüche aufzuspüren.

Ergänzt wird die Anlage durch eine Auflichtkamera, mit der sich Oberflächenfehler erkennen lassen. Diese Kamera kann auch die Lasermarkierungen auf dem Schaft lesen und so sicherstellen, dass der für das jeweilige Bauteil passende Prüfjob aufgerufen wird. ■