Die Fraunhofer-Allianz Vision präsentiert auf der Control Mess- und Prüf- systeme mit Bildverarbeitung für die Qualitäts- sicherung in der Produktion. Schwerpunkt ist die 3D-Bildverarbeitung für die industrielle Qualitätssicherung. Viele Lösungen eignen sich dabei mittlerweile für die Inline-Nutzung.
Bildverarbeitung und berührungslose Mess- und Prüftechnik werden heute über alle Stufen der industriellen Wertschöpfung erfolgreich eingesetzt. Im besonderen Fokus vieler Anwenderbranchen stehen dabei innovative 3D-Technologien. Ihr Einsatz un- terstützt die Entwicklung und Qualifizierung neuer Produkte, dient der Absicherung und Objektivierung von Fertigungsprozessen und ermöglicht schnelle Qualitätsregelkreise im Takt der Produktion. Die beherrschenden Zukunftsthemen in diesem Bereich sind integrierte Systeme sowie Bewegung und Echtzeiterkennung. Vor allem mit 3D-Bildverarbeitung geführte Roboter haben noch viel Potenzial – vom gezielten Griff in die Kiste bis zur Service-Robotik mit vielfältigen Einsatzfeldern auch jenseits der Fabrikgrenzen.
Die Entwicklungen der Fraunhofer Vision-Institute liefern auf mehrfache Weise einen Beitrag:
- Mithilfe neuartiger 3D-Technologien können viele Aufgaben technisch robuster und einfacher gelöst werden. Der Spektralbereich der eingesetzten Sensoren wird dabei immer größer und die Kombination unterschiedlicher Sensortypen vielfältiger, so dass sich immer neue Anwendungen erschließen.
- Zudem erlaubt der fertigungsnahe Einsatz berührungsloser Mess- und Prüftechnik, Qualitätsabweichungen bereits bei ihrer Entstehung zu erkennen und so auf Veränderungen im Prozessablauf rechtzeitig zu reagieren.
- Für eine automatische Kontrolle, die zunehmend auf industrieller Bildverarbeitung basiert, sprechen neben wirtschaftlichen Überlegungen insbesondere die gewonnene Objektivität sowie die hohe Reproduzierbarkeit und Verfügbarkeit im Vergleich zur manuellen Prüfung.
Am Fraunhofer Vision-Stand werden die Kompetenzen der einzelnen Institute im Hinblick auf das Thema „3D-Bildverarbeitung für die industrielle Qualitätssicherung“ beispielhaft für einige Anwendungsfelder demonstriert.
Wheelinspector braucht nur 3 bis 4 Sekunden
Zentrales Exponat ist dabei ein System zur optischen Inline-Geometriemessung von Fahrzeugrädern, genannt Wheelinspector. Das Fraunhofer IFF hat in Zusammenarbeit mit der Ascona Gesellschaft für optische Messtechnik ein inlinefähiges System zur op- tischen Messung funktionsrelevanter Geometriemerkmale an Fahrzeugrädern entwickelt. Durch den Vergleich der realen Endprodukte mit ihrem digitalen Modell können selbst kleinste Abweichungen detektiert werden. Die Dauer der Messwerterfassung je Rad beträgt circa 3 bis 4 s, sodass eine vollständige Integration in den Fertigungsfluss einer modernen Räderfertigung möglich wird. Ohne Zeitverlust kann damit auf Prozessabweichungen reagiert werden und Qualitätsfehler können gezielt vermieden werden.
Dreidimensional auf den Zahn gefühlt
3D-Bildverarbeitung ist auch die Basis für ein System zur Inline-Messung von Verzahnungsgeometrien. Mit dem neuen Messsystem vom Fraunhofer IPM kann die Geometrie von Zahnrädern direkt in der Produktionslinie gemessen werden. Als Ergebnis erhält man Absolutmaße jedes Zahnrads – zum Beispiel Zahnposition, Kopf- oder Fußkreis, Flankensteilheit – durch die die spätere Passgenauigkeit der Zahnräder in der Maschine trotz großer Fertigungstoleranz sichergestellt wird.
Die hohen Messgeschwindigkeiten von rund 10 mm/s und Messraten von rund 2 kHz sind sowohl bei schwarzen, rauen als auch glänzenden Oberflächen realisierbar.
Selbst das 3D-CT wird inlinefähig
Daneben hat das Fraunhofer IIS gemeinsam mit Mahle ein inlinefähiges Computertomographie-System für die prozessintegrierte Bauteilprüfung realisiert, mit dem Objekte mittels 3D-Computertomographie innerhalb von 30 s vollautomatisch geprüft werden können. Den Einsatz der 3D-CT im Rahmen einer Inline-Prüfung haben bislang lange Messzeiten, die zu kurze Lebenszeit von Röntgendetektoren im Dauereinsatz und die zeitaufwändigen Algorithmen zur Berechnung und Untersuchung der Volumendaten verhindert. Basis des neuen Inline-CT-Systems sind ein extrem strahlungsresistenter Detektor mit kurzer Belichtungszeit sowie neue Algorithmen zur Kombination von Volumenberechnung und Bildauswertung.
Ultraschnelle Fluoreszenz-Messtechnik
Eine Lösung für die bildgebende Inline-Kontrolle von Oberflächen hat das Fraunhofer IPM entwickelt. Mit dem neuen bildgebenden Fluoreszenz-Messsystem vom können unerwünschte Substanzen oder Defekte auf Oberflächen erkannt werden. Form, Position sowie Menge von Verunreinigungen oder Defekten werden exakt gemessen und per Mustererkennung automatisch einer Prüfung unterzogen. Die Prüfung erfolgt, je nach Bauteil, mit einer Geschwindigkeit von 40 bis 100 ms und kann daher inline direkt in den Produktionsprozess integriert werden. Die Qualität der Oberflächen lässt sich so bereits bei der Herstellung kontrollieren und es kann regelnd in den Produktionsprozess eingegriffen werden, sobald Defekte oder Verunreinigungen festgestellt werden.
Sensor inspiziert Folien aus Kunststoff
Ein weiteres Highlight aus der Inline-Mess- und Prüftechnik ist ein interferometrischer Sensor zur Inline-Dicken- und Abstandsmessung an bewegten Messobjekten, entwickelt vom Fraunhofer ILT. Der interferometrische Sensor kommt zur Inspektion von Mehrschichtfolien aus Kunststoff insbesondere an Flach- und Blasfolienanlagen zum Einsatz. Mit ihm wird die Dicke mehrerer Schichten simultan gemessen und die gleichmäßige Verteilung der Funktionsschichten geprüft.
Die Messung erfolgt im Takt der Produktion, wodurch unmittelbare Korrekturen am Prozess möglich sind und durch Einsparungen beim Material Kosten reduziert werden können. Leistungsmerkmale des Sensors sind ein Messbereich von bis zu 10 mm und eine relative Linearitätsabweichung von < 0,006 % des Messbereichs. Innerhalb des Messbereichs können Einzelschichtdicken mit Dicken größer oder gleich 10 μm vermessen werden.
Glänzende Oberflächen sind kein Problem
Das Fraunhofer IOSB zeigt auf der Messe einen inlinefähigen 3D-Sensor zur Messung der Topographie von Oberflächen. Seine besondere Eigenschaft: Sowohl perfekt spiegelnde als auch diffuse, also etwa raue Oberflächen, können damit vermessen werden. Gerade glänzende oder hochglänzende Oberflächen, deren Eigenschaften also zwischen spiegelnd und matt liegen, sind besonders relevant in der metallverarbeitenden Industrie. Der Sensor kombiniert das chromatische konfokale Messprinzip mit dem der Triangulation und ist durch seine hohe Messgeschwindigkeit besonders für den Einsatz in der Inline-Produktionsüberwachung geeignet.
Fraunhofer Vision www.vision.fraunhofer.de Halle 1, Stand 1502
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