Reportagen + Trends
Perfekt im Bild
16.06.2009
Bildverarbeitung: Die exakte Einhaltung geometrischer Abmessungen spielt bei der Qualitätssicherung in der Fertigung eine große Rolle. Für die Umsetzung von Null-Fehler-Konzepten ist die berührungslose optische Messtechnik unabdingbar. Die Sonderschau „Berührungslose Messtechnik” und die Fraunhofer-Allianz Vision demonstrierten auf der Messe Control 2009 Prinzipien, Eigenheiten und auch Grenzen. 
Der Einsatz mechanischer Messmethoden in der Produktion ist häufig sehr zeitaufwändig und wird deshalb meist nur an Stichproben vorgenommen. Mit der berührungslosen optischen Messtechnik werden Messungen derzeit etwa zehn- bis tausendfach beschleunigt, was zusammen mit günstigen Systemkosten einen breiteren Einsatzbereich eröffnet und in manchen Fällen sogar die Umsetzung von Null-Fehler-Konzepten erlaubt. Wegen des im Vergleich zu mechanischen Messmethoden völlig anderen Funktionsprinzips und wegen der fehlenden Erfahrung in manchen Anwendungsgebieten bestehen oft noch Vorbehalte und Unsicherheiten bei potenziellen Anwendern.
Thomas Wenzel, Abteilungsleiter Prozessintegrierte Prüfsysteme am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS: " Unser Ziel war es, die CT-Technologie inlinefähig zu machen"
Inlinefähiges CT-System
Am Fraunhofer Entwicklungszentrum für Röntgentechnik in Fürth wurden jetzt Komponenten für ein inlinefähiges CT-System zur prozessintegrierten Gussteil-Prüfung realisiert. Damit ist es jetzt erstmalig möglich, ein Gussteil mittels 3D-CT innerhalb von 30 s vollautomatisch zu prüfen. Durch die vollständige 3D-Charakterisierung der Gussteil-Fehler kann eine feinere Differenzierung vorgenommen und damit die Ausschussrate minimiert werden.
Thomas Wenzel, Abteilungsleiter Prozessintegrierte Prüfsysteme am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS: „Unser Ziel war es, die CT-Technologie inlinefähig zu machen, um Fehler vollautomatisch detektieren zu können.” Ende 2009 soll gemeinsam mit einem Industriekunden ein praxisreifes System vorgestellt werden, das sich problemlos in Fertigungsketten integrieren lässt.
Die Fraunhofer- Institute ITWM und IFF arbeiten gemeinsam an Lösungen, welche die Verfahren der Oberflächeninspektion und der 3D-Vermessung in einem System kombinieren. Eine kombinierte Lösung ermöglicht einen kompakten Aufbau bei geringerem Gesamtaufwand und gleichzeitig verbesserter Messung und Inspektion durch zusätzliche Bildinformationen. Dadurch wird eine verbesserte Qualität der Oberflächenprüfung erreicht und es werden neue Anwendungsbereiche erschlossen.
Gezeigt wurde ein System zur 3DMessung und Oberflächenprüfung von unbearbeiteten Gussteilen. Angestrebt wird dabei die 100-Prozent-Prüfung der Bauteile durch die Integration einzelner Prüfaufgaben in einer Vorrichtung.
Helge Moritz, Vertriebsleiter Ehr GmbH: "Wir können jetzt auch Innenverzahnungen messen."
Optomechanisches Messsystem
Nach mehrjähriger Abstinenz hat der Bildverarbeitungs-Spezialist Ehr wieder auf der Control ausgestellt. Zunächst mit einer „kleinen Lösung” auf dem Sonderstand „Berührungslose Messtechnik”. Damit trotze man der gegenwärtigen Geschäftszurückhaltung. „Wir sind uns sicher, dass wir die Krise unbeschadet überstehen” gibt sich Vertriebsleiter Helge Moritz optimistisch. Vorgestellt wurde ein optomechanisches Messsystem, das die hochpräzise Mechanik von Werkzeugeinstellgeräten mit drei optischen Messmethoden verbindet. Hierbei handelt es sich um Lasertriangulation, telezentrische Messtechniken und einen konfokal-chromatischen Abstandssensor von Micro-Epsilon. Mit dieser Gesamtkonstruktion wird eine Messwiederholgenauigkeit von wenigen μm erzielt. Weitere Messprinzipien, je nach Anforderung, können integriert werden, wie etwa Weißlichtinterferometer oder Laser-Mikrometer. Großer Vorteil der Messmaschine ist, dass auch Innenflächen und Innenverzahnungen gemessen werden können.
Einsatzbereiche sind die hochgenaue Vermessung und Inspektion vornehmlich rotationssymmetrischer Bauteile, wie Zahnräder und sonstige Getriebebauteile wie Synchronringe und Schaltmuffen aber auch Lagerschalen, Gewinde, spanabhebende Werkzeuge und Ähnliches. Den mechanischen Grundkörper bildet ein Werkzeugvoreinstellgerät von Kelch. „Mechanik, Sensorik und Steuerung”, so Moritz, „sind Eigenentwicklungen und werden kundenspezifisch eingesetzt.”
Die Lasertriangulation mittels Kamera ermöglicht die dreidimensionale Vermessung von Objekten bis in den μm- Bereich. Anhand eines Systems, das aus mehreren Kameras, Laser und Software besteht, zeigte die Schweizer Photonfocus AG, wie sich eine schnelle 100-Prozent- Prüfung etwa von komplexen Gussteilen direkt in der Produktionslinie erreichen lässt. Ein Gussteil, das Fehler aufweist, wird in Echtzeit gegen eine CAD-Vorlage geprüft. Dies ermöglicht eine 100-Prozent-Prüfung im Produktionstakt.
 3D-Bilder mit einer Aufnahme
Mit dem Surface Pattern Analyzer and Roughness Calculator, kurz Sparc, stellte In-Situ ein gemeinsam mit der Hochschule für angewandte Wissenschaften Rosenheim entwickeltes optisches 3DMesssystem vor, das mit nur einer einzelnen Aufnahme 3D-Bilder von Objekten liefert. Es kommen ausschließlich Standardkomponenten ohne bewegliche Elemente zum Einsatz.
Bisher mussten nach dem Verfahren „Shape-from-Shading” mit einer senkrecht auf das zu vermessende Objekt gerichteten Kamera nacheinander mindestens drei, aus unterschiedlichen Winkeln beleuchtete Bilder, aufgenommen werden. Aus den Einzelbildern
- Rainer Obergrußberger, Geschäftsführer In-Situ: ” Die Anforderungen an die 3D-Inline-Inspektion werden immer höher. Mit unserem Verfahren haben wir eine zukunftsträchtige Technologie entwickelt.”
konnte dann die 3D-Oberfläche rekonstruiert werden. Mit dem vorgestellten modifizierten Verfahren werden die Mehrfachaufnahmen durch eine einzige synchrone Bildaufnahme mit drei Kameras und speziellen Lampen mit teildurchlässigen, dielektrischen Spiegeln ersetzt. Da die Belichtungszeit nur etwa 100 μs beträgt, können so auch bewegte Objekte aufgenommen werden. Außerdem wurde das Analyseverfahren so weiter entwickelt und parallelisiert, dass die Auswertegeschwindigkeit auf 20 Messungen pro Sekunde erhöht werden konnte. Das Messsystem ist dazu geeignet, dreidimensionale, stetige Oberflächen ohne Löcher und scharfe Kanten in Echtzeit zu erfassen. Das optische Mess- und Prüfsystem „Bue-top” von MAS erlaubt die Prüfung von Dreh-, Fräs-, Stanz- und Pressteilen aus vielen verschiedenen Fertigungsindustrien. Dabei können die Prüflinge aus allen gängigen Metallen, Kunststoffen sowie deren Kombinationen bestehen. Die Teile können sowohl ein mehr oder weniger kubisches Längen/Breiten- Verhältnis aufweisen als auch sehr dünn und kurz sein. Es können Fehler an Außen- und teilweise an Innenkonturen detektiert werden. „Das System ist verschmutzungsunempfindlich”, erläutert der technische Leiter Thomas Bühler.
Das hochauflösende, optische 3DOberflächenmessgerät Infinite-Focus von Alicona Imaging vereint die Funktionalitäten eines optischen Profilometers und einer Mikrokoordinatenmessmaschine. Das 3D-Messsystem erzielt auch bei komplexen Formen und Bauteilen mit unterschiedlichen Materialeigenschaften eine vertikale Auflösung von bis zu 10 Nm. Auch bei Geometrien mit großen lateralen und vertikalen Scanbereichen ist die präzise Messung von Rauheit, Form und Lage mit einer Messpunktdichte von 2,3 bis 100 Millionen Messpunkten möglich. Neben den 3D-Messungen liefert Infinite-Focus die volle Farbinformation zu den registrierten Höhendaten. Hauptanwender sind die Automobilindustrie, die spangebende metallbearbeitende Industrie, Mikro- und Präzisionsfertigung, Form- und Werkzeugbau, Maschinenbau, Medizintechnik und pharmazeutische Industrie, Elektronik, Print- und Druckindustrie. Toleranz- und Verschleißmessungen oder die Untersuchung von tribologischen Prozessen und korrosiven Mechanismen zählen zu den Standardanwendungen. Christian Janko, für Spezial- Lösungen zuständiger Vertriebsexperte: „Wir können mit diesem neuen System auch sehr steile Flanken messen, das ist ein großer Vorteil etwa beim Vermessen von Wendeschneidplatten.”
Optische und taktile Prüfung
Neben einem neuentwickelten Messroboter und einer optischen Glastelleranlage für flachliegende Teile zeigte Visimation auch ihre weiterentwickelte kompakte und flexible Linear-Takt- Prüfanlage Modula LT2 für Teilegrößen von 2 bis 80 mm. Dabei werden die Prüfteile linear auf bis zu sechs parallele Prüfstationen getaktet. Das Linear-Takt- Konzept ermöglicht eine sehr kompakte und platzsparende Bauweise.
Geschäftsführer Joachim Kimmerle erklärt: „Die Teile werden mit Taktzeiten ab 1,5 s pro Teil durch eine kleine X/Y/Z-Takteinheit gefördert, so lassen sich auf kleinstem Raum mehrere Prüfungen kombinieren.”
Bei dem neuen Prüfsystem für Zahnräder von SAC Sirius Advanced Cybernetics sind zwei Kameras und ein Laser- Abstandssensor im Einsatz. Mit Hilfe von zwei Zeilenkameras werden Kopfkante und Zahnflanke des Prüfteils kontrolliert. Per Laser wird dabei die komplette Geometrie eines Zahns vermessen.
Walter Frick
