Fraunhofer Vision bei der Control 2025 mit Oberflächen-Mess- und Prüfsystemen
Der Fraunhofer-Geschäftsbereich Vision präsentiert bei der Control 2025 in Stuttgart eine Auswahl aktueller Mess- und Prüfsysteme mit Bildverarbeitung für die Qualitätssicherung in der Produktion. Darunter sind Systeme zur Oberflächeninspektion und -analyse und zur zerstörungsfreien Oberflächenprüfung von Bauteilen.
Fraunhofer stellt dieses Jahr auf seinem Control-Messestand (Halle 7, Stand 7301) Exponate aus den Bereichen Inspektion von Oberflächen, optische 3D-Messtechnik, Inline-Messen und Prüfen sowie Bauteilidentifikation vor. Daneben werden auch Neuentwicklungen aus dem Bereich der zerstörungsfreien Prüfung mit Technologien wie Terahertz, Radar, Magnetooptik oder Ultraschall zu sehen sein. Zahlreiche Exponate arbeiten mit Verfahren der Künstlichen Intelligenz oder des Maschinellen Lernens. So zeigt das Fraunhofer ITWM ein automatisiertes Inspektionssystem zur Oberflächeninspektion von metallischen, zylindrischen Bauteilen in einer umlaufenden Förderstrecke vor. Dieser Aufbau stellt „en miniature“ eine Förderstrecke im Produktionsumfeld mit integrierter Inspektion nach. Die Bauteile werden auf Werkstückträgern in einem kontinuierlichen Prozess transportiert und unter der Inspektionsanlage angehalten. Dort wird die Mantelfläche der zylindrischen Bauteile mit einer umlaufenden Zeilenkamera und Beleuchtung komplett abgescannt und anschließend algorithmisch ausgewertet. Zum Einsatz kommen Algorithmen der Anomaliedetektion, die es ermöglichen, Abweichungen auf der Oberfläche wie Kratzer, Verformungen oder Verschmutzungen in Echtzeit zu analysieren und zu detektieren.
3D-Oberflächen-Messsystem und Fluoreszenz-Laserscanner
Das Fraunhofer IPM präsentiert am Control-Messestand mit dem HoloTop NX-System ein 3D-Oberflächen-Messsystem in der Werkzeugmaschine zur Messung mit Sub-μ-Genauigkeit. Es ist eine Weiterentwicklung aus der HoloTop-Sensorfamilie, mit der Flächen von 12,5 x 12,5 mm² mit 9 Mio. 3D-Punkten in unter 1 s gemessen werden können. Das Messsystem kann durch seine modulare Bauweise an verschiedenen Mehrachssystemen angebracht werden, z. B. Werkzeugmaschinen, Koordinatenmessgeräten oder Industrierobotern. Die Qualität der Messdaten wird anhand verschiedener Beispielproben illustriert. Das Fraunhofer IPM wiederum zeigt auf der Control den Fluoreszenz-Laserscanner F-Scanner. Das Gerät rastert die Bauteiloberfläche innerhalb von Sekunden ab und erzeugt ein vollständiges Abbild der Restverunreinigung beziehungsweise der Beschichtung. So erkennt man, wo und in welchen Mengen sich organische Substanzen auf der Bauteiloberfläche befinden. Damit ist erstmals eine quantitative Analyse der Oberflächenbelegung auch bei beliebig geformten 3D-Objekten und dünnsten Schichtdicken möglich. Das System eignet sich zur Voruntersuchung, zur flexiblen Qualitätsprüfung von Serienbauteilen und als Prüfsystem in der Produktion. Die F-Scanner-Systeme können als Stand-alone Gerät eingesetzt oder in eine Fertigungslinie integriert werden.
180°/360° Inspektion und Inspektion (teil-)spiegelnder Oberflächen
Die am Fraunhofer IPM entwickelten Prüfsysteme der Serie Inspect 180° / 360° analysieren produktionsbegleitend Geometrie und Oberflächenbeschaffenheit von Bauteilen auf dem Band beziehungsweise im freien Fall und ermöglichen damit erstmals eine typenunabhängige, vollständige optische Prüfung von Massenbauteilen. Bei der Control wird in einer Präsentation die Funktion der Inspektionssysteme an konkreten Beispielen in Produktionsumgebung vorgestellt. Eine präzise Inspektion von Stanzteilen hinsichtlich der Eigenschaften Geometrie und Oberflächendefekte bis zu einer Fehlergröße von 30 μm wird gezeigt. Die Bauteile werden über ein einfaches Zuführsystem einzeln in eine Hohlkugel befördert und im freien Fall mithilfe von Kameras gleichzeitig aus allen Richtungen inspiziert. Geprüft werden können Metallbauteile aus Umform-, Stanz-, Schmiedeund Gussprozessen oder Kunststoffteile sowie hybride Bauteile aus Verbundmaterialien. Am Fraunhofer IOSB wird das Verfahren der Deflektometrie zur Prüfung ebener oder gekrümmter spiegelnder Oberflächen eingesetzt. Denn bei Oberflächen spielt die spiegelnde (gerichtete) Reflexion oft die entscheidende Rolle, sowohl ästhetisch als auch für den funktionalen Einsatz in der produzierenden Industrie, wie z. B. bei Karosserieteilen. Die Inspektion spiegelnder Oberflächen stellt in der Praxis jedoch besondere Anforderungen: Einerseits sind die meisten gängigen Verfahren der Oberflächeninspektion, etwa die Streifenprojektion, auf diffuse Reflexion angewiesen. Andererseits können die Ergebnisse solcher Verfahren nicht ohne Weiteres zur Bewertung spiegelnder Oberflächen verwendet werden, da der Kunde die Qualität anhand von Spiegelungen der Umgebung in der Oberfläche begutachtet. Das Verfahren der Deflektometrie schließt diese Lücke in der Mess- und Prüftechnik und bieten die Möglichkeit, mit einfachen Mitteln objektive Maßstäbe in der Qualitätssicherung anzulegen.
KI-basierte Anomaliedetektion und Schichtdickenmessung mit Terahertz
Der Demonstrator des Fraunhofer IPK zeigt anhand eines Beispielbauteils die Anwendung der Anomaliedetektion in der optischen Inspektion. 3D-gedruckte Zahnräder laufen vor einer Industriekamera auf einem Motor und werden dabei auf Beschädigungen geprüft. Es können unterschiedliche Beschädigungen in die Zahnräder eingebracht werden, die bei der anschließenden optischen Prüfung detektiert werden. Dabei findet die KI alle Fehler, ohne Vorwissen über Art und Beschaffenheit der Defekte gelernt zu haben. Anhand einer Heatmap werden auf dem Bildschirm die Bewertung des Bauteils sowie die Fehlstelle angezeigt. Weiterhin werden am Fraunhofer ITWM in Kaiserslautern Terahertz-Messtechnik-Systeme entwickelt, mit denen unter anderem im industriellen Umfeld Schichtdicken gemessen werden können. Als neueste Version des Terahertz-Schichtdickenmesssystems steht nun eine robotergestützte Variante zur Verfügung, d.h. zur vereinfachten Integration in das Arbeitsumfeld wird ein kollaborativer Roboter, kurz »Cobot«, eingesetzt. Das System des Fraunhofer ITWM eignet sich vor allem für die Dickenmessung einzelner Schichten innerhalb eines Mehrschichtsystems, wobei die Beschichtung auf beliebigem Material aufgetragen sein kann. Daneben können auch feuchte, klebrige und weiche Beschichtungen und Schichten auf gekrümmten Oberflächen gemessen werden.