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Dreidimensionales Messen und Auswerten

Möglichkeiten der Bildverarbeitung für die Qualitätssicherung

Die Fraunhofer-Allianz Vision präsentierte auf der Control 2008 in Stuttgart eine Auswahl neuer Bildverarbeitungs- und Vermessungssysteme für die Qualitätssicherung in der Produktion. Das Schwerpunktthema ist der Bereich "Dreidimensionales Messen und Auswerten". Sie bietet einen Überblick über neue Entwicklungen der Bildverarbeitung und optischen Messtechnik und stellte beispielhafte Anwendungen für die Qualitätssicherung vor.

Rubrik: Visualisierung      Tag: 3D,Bildgebung,Simulation
Analysesoftware MAVI

Analysesoftware MAVI

Mikrostruktur eines offenzelligen Aluminiumschaums visualisiert mit der Analysesoftware MAVI. Rekonstruktion der Zellen, Berechnung von geometrischen Kenngrößen (z. B. Porengröße)

© vision.fraunhofer.de   Lupe

Die Qualitätssicherung mit berührungsloser 3D-Messtechnik wird in der Fertigung immer wichtiger. Mit ihrer Hilfe können Messungen nicht nur erheblich beschleunigt sondern auch direkt im Fertigungsprozess durchgeführt werden, wobei in vielen Fällen 100-Prozent-Prüfungen möglich sind. Die Röntgen-Computertomographie ermöglicht zusätzlich die Vermessung innerer oder verdeckter Strukturen, die anschließend ausgewertet und analysiert oder auf CAD-Daten rückgeführt werden können. Um auch bereits montierte, sehr große oder schwer zugängliche Objekte vermessen zu können, wurden jetzt die ersten "mobilen", standortunabhängigen Messsysteme entwickelt.

Mobile standortunabhängige Messsysteme

Unter Verwendung LED-basierter Digitalprojektoren und schneller Kameras gelingt es, die nötigen Mustersequenzen in weniger als 150 Millisekunden zu projizieren, so dass Verwacklungen beim Führen des Sensorkopfes mit der Hand und damit Messartefakte weitgehend vermieden werden können. Kolibri CORDLESS ein handgeführter kabelloser 3D-Scanner für die 3D-Qualitätssicherung und Digitalisierung kann flexibel an verschiedenen Orten im Unternehmen eingesetzt werden und erreicht auch schwer zugängliche Bereiche wie z. B. Innenräume im Automobilbau, 3D-Messungen im Motorraum oder die Messung von Formgebungswerkzeugen in der Maschine.

Die Computertomographie (CT) gewinnt auch in der industriellen Anwendung zunehmend an Bedeutung. Eine Schwierigkeit bei CT-Systemen ist jedoch die meist nicht vorhandene Ortsflexibilität, so dass bereits montierte Bauteile oft nur eingeschränkt untersucht werden können. Für diesen Zweck wurde das auf Robotern basierende, ortsflexible 3D-Computertomographiesystem Robo-CT entwickelt. Das neuartige und patentierte 3D-Röntgenprüfsystem ermöglicht eine standortunabhängige dreidimensionale zerstörungsfreie Prüfung von sperrigen und bereits montierten Bauteilen, beispielsweise von Flugzeugtragflächen oder Rohrleitungen in Kraftwerken.

Die Eigenschaften von Materialien werden nicht zuletzt durch ihre Mikrostruktur bestimmt. Es besteht daher wachsendes Interesse an der geometrischen Charakterisierung der Mikrostrukturen, insbesondere auch bei sehr weichen, brüchigen oder hoch porösen Materialien, die konventionellen mikroskopischen Methoden nicht zugänglich sind. Mit der Software MAVI (Modular Algorithms for Volume Images) können innere Mikrostrukturen von Bauteilen analysiert, modelliert und visualisiert werden.

Für die Neuentwicklung von Kfz-Reifen wird die Kenntnis über die geschwindigkeitsabhängige Verformung eines Reifens benötigt. Mit dem 3D-Laser-Lichtschnittverfahren ist eine Erfassung der kompletten Kontur eines Kfz-Reifens innerhalb einer Umdrehung selbst bei extremen Geschwindigkeiten möglich.

Häufig stellt die komplexe Bedienung von Bildverarbeitungssystemen für das Personal ein Hemmnis dar. Die Bedeutung der Mensch-Maschine-Schnittstelle rückt deshalb zunehmend in den Vordergrund. Mit einer intuitiven Mensch-Maschine-Kooperation kann die industrielle Bildverarbeitung effektiver im industriellen Umfeld platziert werden. Das Bildverarbeitungspaket EMSIS kombiniert die Anforderung eines universellen Basisprogramms mit der anwendungsspezifischen Einzellösung. Die Erfassung von Beschädigungen an Dichtflächen von galvanisch behandelten Drehteilen und die Gewindeprüfung sind nur zwei Beispiele der Anpassungsfähigkeit der Software.

Am Beispiel eines industriellen Montageszenarios wurden die Möglichkeiten der optischen Messtechnik für die Unterstützung und Qualitätskontrolle industrieller Montageprozesse gezeigt. Die Zielstellung derartiger Lösungen besteht darin, für komplexe, variantenreiche und manuell ausgeführte Montagearbeiten einerseits Möglichkeiten einer Bedienerunterstützung und andererseits eine Qualitätskontrolle des Montageergebnisses zu schaffen.

Unsichtbares sichtbar machen

Die Wärmefluss-Thermographie ist ein zerstörungsfreies Prüfverfahren für die Qualitätssicherung in der Produktion. Durch die Analyse des Wärmeflusses bzw. der Wärmeleitfähigkeit von Werkstücken können unterhalb der Oberfläche liegende und daher äußerlich nicht sichtbare Fehlstellen erkannt werden. Grundsätzliche Vorteile des thermographischen Wärmefluss-Prüfverfahrens sind das bildgebende Funktionsprinzip, die hohe Prüfgeschwindigkeit und die relativ einfache Automatisierbarkeit.

Ultraschallangeregte Thermographie nutzt den Effekt, dass eine in ein Bauteil eingeleitete und sich dort ausbreitende Ultraschallwelle zu charakteristischen Reibvorgängen im Bereich von Grenzflächen führt, wenn diese Grenzflächen nicht kraftschlüssig verbunden sind. Diese Vorgänge sind Ursache für eine Wärmeentwicklung in diesen Bereichen, welche mit thermographischen Methoden detektiert werden kann. Die ultraschallangeregte Thermographie eignet sich insbesondere zur Charakterisierung gefügter Verbindungen.

Shearographie (ESPSI) ist ein interferometrisches Prüfverfahren, mit dem Oberflächenverformungen durch Laufzeitmessung eines Laserstrahls gemessen werden können. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Beurteilung von Verbundeigenschaften bei Werkstoffverbünden und Verbundwerkstoffen, welche mit anderen Verfahren nur unzureichend oder gar nicht gefunden werden können. So kann zum Beispiel die Qualität der Bindung von Reibbelägen bei Kupplungsscheiben nachgewiesen werden, indem die Out-of-Plane-Verformungen von wärmebeaufschlagten Kupplungsscheiben mittels Shearographie ermittelt werden.

Mit Tisch-Computertomograph CT-MICRO können Bauteile zerstörungsfrei geprüft werden und es werden in relativ kurzer Zeit dreidimensionale Volumenbilder der inneren und äußeren Struktur der Objekte geliefert. Einer breiteren Anwendung stehen jedoch der hohe Anschaffungspreis sowie die komplizierte Bedienung des Tomographen, die speziell geschultes Personal erforderlich macht, entgegen. Mit dem Computertomographen CT-MICRO steht jetzt ein einfach zu bedienendes, kompaktes und preiswertes Tisch-System zur Verfügung, mit dem kleinere Objekte aus Kunststoff, Textil, Keramik, Leichtmetall, biologischem Material u. ä. untersucht werden können.

Inspektion von Oberflächen

Bei vielen Produkten aus dem Bereich der verarbeitenden Industrie (z. B. Metall, Kunststoff, Holz, Leder, Vlies) spielen visuelle Eindrücke bei der Beurteilung der Qualität eine entscheidende Rolle. Die MASC-System-Reihe bietet verschiedene Software-Tools, die mittels digitaler Bildverarbeitung Materialfehler in Oberflächen detektieren und klassifizieren bzw. Farbnuancen erkennen können. Anwendungsbeispiele sind die Oberflächeninspektion von Deckenplatten und die Qualitätssicherung von Dichtungen.

CapaCAM® ist ein System zur vollautomatischen Sichtprüfung von Gussteilen. Das Prüfsystem führt eine Oberflächenprüfung von bearbeiteten und unbearbeiteten Gussteilen durch. Die erkannten Fehlerklassen umfassen Poren, Lunker, Schlag-, und Bruchstellen, Riefen, Kratzer und Verschmutzungen. Zusätzlich prüft CapaCAM® an ausgewählten Positionen die Maßhaltigkeit der Werkstücke. Die Integration des Prüfsystems in die Fertigungslinie erlaubt eine automatische Sortierung der Bauteile gemäß den Fertigungsvorschriften. Ein detailliertes Prüfprotokoll wird für jedes Bauteil erstellt und umfasst alle relevanten Prüfergebnisse.

Mit dem Multi-Wellenlängen Oberflächenmesssystem kann die Topografie insbesondere rauer Objektoberflächen ohne Schärfentiefebegrenzung mit interferometrischer Genauigkeit dargestellt werden. Das Messsystem basiert auf digitalholographischer Mikroskopie.

Eine aktuelle Herausforderung in der industriellen Bildverarbeitung ist die Detektion von Einschlüssen und Luftblasen in beliebig geformten transparenten Materialien. Hierzu zählen Flachglas, gebogenes Glas, Linsen, Kugeln, Granulate und ähnliche Objekte. Das patentierte System Purity erkennt und unterscheidet - nahezu unabhängig von der Objektgeometrie - zwischen Transparenzänderungen, Einschlüssen von Fremdkörpern und Luftblasen.

Sonderschau Berührungslose Messtechnik

Anlässlich der Control 2008 fand die Sonderschau "Berührungslose Messtechnik" statt. Die Sonderschau leistete einen Beitrag zur Verbreiterung der Akzeptanz berührungsloser Messtechnik, indem an einigen ausgewählten Exponaten die Konstruktionsprinzipien, Eigenheiten und Grenzen der neuen Messmöglichkeiten demonstrierte. Es wurden unter anderem Exponate aus den Bereichen konfokale Messtechnik, Wärmefluss-Thermographie, Lasertriangulation, Weißlichtinterferometrie, Fokussierungsanalyse und 3D-Objektvermessung gezeigt.


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