Fraunhofer Vision auf der Control 2009

Fraunhofer Allianz Vision

Die Fraunhofer-Allianz Vision präsentiert auf der Control 2009 in Stuttgart (Halle 1, Stand 1502) eine Auswahl neuer Bildverarbeitungs- und Vermessungssysteme für die Qualitätssicherung in der Produktion. Das Schwerpunktthema ist im Jahr 2009 die »Qualitätssicherung bei Anlagen zur Gewinnung regenerativer Energien«.

Ausstellungsroboter MONA

Wer dieses Jahr den Fraunhofer Vision-Stand auf der Control besucht, wird vom mobilen, interaktiven Roboter MONA empfangen. »MONA« ( Multifunktionale Opel Navigatorin) ist ein Unterhaltungsroboter für Ausstellungsbereiche. Sie begrüßt die Besucher im Eingangsbereich und führt sie zur Ausstellungsfläche. Am Ausstellungsbereich angekommen, verabschiedet sich der Roboter und fährt weiter. MONA verfügt zusätzlich über ein Touchscreen-Display,über das der Besucher mit dem Roboter kommunizieren kann.

Themenschwerpunkt
Qualitätssicherung bei Anlagen zur Gewinnung regenerativer Energien

Erneuerbare Energien, wie Wind, Wasser oder Sonne, gewinnen zunehmend an Bedeutung und ihr Anteil an der Energieversorgung steigt weltweit. Für einen nachhaltigen und wirtschaftlichen Betrieb solcher Energiesysteme ist jedoch die Sicherstellung der Qualität unabdingbar, sei es in der Fertigung der Zulieferteile, bei der Herstellung der Materialien oder bei der Wartung im späteren Einsatz. Am Fraunhofer Vision-Stand bei der Control werden Lösungen für die Qualitätskontrolle für die Solar- und Windenergie mit berührungslosen Mess- und Prüftechniken vorgestellt.

Solarenergie

Prozessintegrierte Messtechnik für die Photovoltaik

Solarmodul-Hersteller wollen möglichst viele Schritte bei der Herstellung von Solarmodulen kontrollieren und regeln. Mithilfe von optischer Messtechnik können z. B. bei der Herstellung von Dünnschichtsolarzellen die Abscheidungs- bzw. Strukturierungsprozesse einzelner Schichten geregelt oder Fresnel-Linsen bei Konzentrator-Zellen exakt positioniert werden. Optische Messtechnik kommt jedoch auch in der Qualitätssicherung von Solarmodulen zum Einsatz, beispielsweise um versteckte Delaminationen von Zwischenschichten zu detektieren.

FLATCON® Konzentrator-PV-Technologie

Im FLATCON®-Modul wird Sonnenlicht optisch fokussiert und auf kleine Solarzellen gelenkt. Die hocheffizienten Mehrfachsolarzellen aus III-V-Halbleitern erzielen Wirkungsgrade von mehr als 40 Prozent. Das gesamte Modul erreicht einen Rekordwirkungsgrad von 28,2 %. Bei der FLATCON®-Technologie werden Fresnel-Linsen eingesetzt, um das Sonnenlicht zu konzentrieren. Im Brennpunkt der Fresnel-Linsen wandelt eine nur 0,031 cm² große hocheffiziente Solarzelle das 500-fach konzentrierte Sonnenlicht direkt in elektrische Energie um.

Inline-Mikrorissprüfung an Solarzellen

Bei der Herstellung von Solarzellen können Risse im Silizium-Material auftreten, die die Funktion und die Haltbarkeit der Zellen beeinträchtigen. Für den Markterfolg einer Technologie zur Solarzellenfertigung ist es daher wichtig, ob es gelingt, die einwandfreie Qualität der ausgegebenen Zellen zu belegen. Mit dem neuen System zur Solarzellenprüfung, das auf Basis der Wärmefluss-Thermographie arbeitet, können nun neben den leicht zu detektierenden breiten Rissen auch Risse mit einer Breite < 20 µm in der Siliziumschicht detektiert werden, bei einer Produktionsgeschwindigkeit von typischerweise 10 Metern pro Minute.

Inspektion der Oberflächen von Solarzellen mit MASC

Das System MASC (Modular Algorithms for Surface Control) wurde zur Qualitätskontrolle von komplexen Bauteilen mit strukturierten, texturierten Oberflächen entwickelt. Aufbauend auf einer gemeinsamen Basisstruktur bietet MASC individuelle Lösungen für unterschiedliche Anwendungsbereiche wie die Metall-, Kunststoff-, Holz-, Leder- und Vliesindustrie. MASC ist auch geeignet zur Detektion von Fehlstellen und Farbnuancen auf der Oberfläche von Solarzellen.

Wirtschaftlichkeitsbetrachtung automatischer Solarzellenreinigungskonzepte

Die Verschmutzung von Photovoltaikanlagen (»Soiling«) verringert den Erlös der Anlagenbetreiber.Über das Ausmaß der Soilingeffekte auf die Anlageneffizienz herrscht hingegen noch weitgehend Unklarheit. Eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung hilft bei der Ermittlung der Rentabilität manueller und automatisierter Reinigungsverfahren. Außerdem werden Betreiber von Photovoltaik-Großanlagen bei der Entwicklung wirtschaftlicher Automationslösungen unterstützt.

Windenergie

Inspektion von Rotorblättern mit Wärmefluss-Thermographie

Rotorblätter von Windkraftanlagen müssen für einen reibungslosen Betrieb regelmäsig gewartet werden. Mithilfe der Wärmefluss-Thermographie können die häufigsten Fehler, wie Risse, Verklebungsfehler oder Lufteinschlüsse gefunden werden. Die moderne Infrarottechnik kann Flächen von mehreren Quadratmetern innerhalb einer Minute vollständig erfassen. Sie stellt einen zuverlässigen Ersatz für die traditionelle visuelle oder Klopftest-Prüfung dar. Außerdem ist sie auch für die Qualitätskontrolle der Rotorblätter in der Fertigung geeignet.

Bauwerksscanner OSSCAR

Zur zuverlssigen und wirtschaftlichen zerstörungsfreien Untersuchung von Bauwerken aus Stahl- oder Spannbeton, zu denen auch die Fundamente von Windkraftanlagen gehören (Flachfundamente oder Spannbetonsockel von Hybridtürmen), wurde der Bauwerksscanner OSSCAR (OnSiteSCAnneR) entwickelt. Diese Messeinrichtung vereint eine intelligente Verfahrenskombination (Ultraschallecho, Radar, Wirbelstromprüfung), eine automatisierte Datenaufnahme sowie die bildgebende Darstellung der Ergebnisse aus fusionierten Daten. Die Anwendungsfelder bei Windkraftanlagen sind die Qualitätssicherung beim Neubau sowie die spätere Zustandserfassung bzw. Schadensdiagnose bei Inspektionen.

Analyse der Mikrostrukturen von GFK bei Windkraft-Rotorblättern

Die mechanischen Eigenschaften von Faserverbundwerkstoffen hängen stark von der lokalen Faseranordnung ab. Für die Charakterisierung und den Vergleich mit Simulationsrechnungen wird daher eine lokale Beschreibung der Faserrichtung benötigt. Das Softwaretool MAVI wurde für die Verarbeitung und Analyse von solchen Mikro- und Nanostrukturen entwickelt und eignet sich daher auch für die Analyse von Glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK), aus dem Rotorblätter von Windkraftanlagen hauptsächlich hergestellt sind.

Optische 3-D-Messtechnik

Hochpräzise Rundlaufmessung mit berührungsloser Vielstellensensorik

Der Rundlauf rotierender Komponenten beeinflusst Präzision, Geräuschentwicklung und Verschleiß eines Gesamtsystems. Mit miniaturisierten, abstandsmessenden Fasersensoren lassen sich Rundheit und Rundlauf an mehreren Stellen gleichzeitig nanometergenau und mit hoher Messrate bestimmen. Gerade für Anwendungen im Bereich der Luft- und Raumfahrt, dem Automobilbau, der Druckindustrie und der Optikindustrie eröffnet diese Technologie neue Möglichkeiten.

3-D-Messung und Oberflöchenprüfung von unbearbeiteten Gussteilen

Das neue integrierte Prüfsystem wurde speziell für unbearbeitete Gussteile konzipiert und ermöglicht die kombinierte optische Vermessung und Oberflächenprüfung von 3-D-Objekten. Mögliche Einsatzgebiete liegen in der Zulieferindustrie für den Automobil- und Flugzeugbau sowie bei verschiedenen metall-, textil-, leder-, kunststoff- und keramikverarbeitenden Industrien. Die Kombination der zwei ursprünglich unabhängig voneinander eingesetzten Prüfmethoden der 3-D-Vermessung und der Oberflächenprüfung erlaubt eine neue und größere Vielfalt von Anwendungen sowie kürzere Mess- und Prüfzeiten und geringere Investitionskosten.

Handgeführte 3-D-Sensorik

Kolibri ORCA und kolibri CORDLESS sind zwei kompakte, mobile 3-D-Scanner für die 3-D-Qualitätssichung und Digitalisierung. ORCA ist für kleine Objekte mit Messfeldern von 15 mm x 20 mm ausgelegt. Insbesondere Werkzeugformen und kleine Details können vermessen werden. Die Messzeit ist kleiner als 0,5 s. Eine Rundumvermessung wird durch Zusammenfügen mehrerer Teilansichten ermöglicht. Mit kolibri CORDLESS ist ein handgeführter Einsatz möglich. Der Scanner zeichnet sich durch einen kabellosen Betrieb und eine sehr schnelle Scanzeit (< 150 ms) aus.

Fertigungsintegrierte optische 3-D-Messsysteme zur Qualitätsprüfung

Die 3-D-Messtechnologie OptoInspect 3D bildet die Grundlage für eine prozess- und maschinenintegrierbare Geometriemesstechnik, durch die eine 100-Prozent-Prüfung und eine lückenlose Dokumentation der Produktqualität ermöglicht werden. OptoInspect 3D ist ein modulares System, um anwendungsspezifische und automatisierte 3-D-Messsysteme zu konfigurieren. Die Systeme arbeiten von der 3-D-Digitalisierung über die Messdatenauswertung bis hin zur geometrischen Merkmalsextraktion vollautomatisch. Beispiele sind die geometrische Qualitätsprüfung von KfZ- oder Eisenbahn-Rädern, Abgaskonvertern, profilierten Materialien oder die maschinenintegrierte Biegewinkelmessung.

Optische Montageassistenz und -prüfung

Am Beispiel eines industriellen Montageszenarios werden 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.

3-D-Farb- und Konturscanner

Der 3-D-Farb- und Konturscanner ermöglicht die schnelle und sichere Detektion von Farb- oder Formabweichungen. Die Formerfassung erfolgt mit dem Laser-Lichtschnitt-Verfahren, die Farberfassung mit Farbzeilen- oder Farbmatrixkameras. Durch die geeignete Anordnung mehrerer Sensorkomponenten wird eine Rundumerfassung ermöglicht. Messraten im Bereich von mehr als 10 kHz Zeilenfrequenz erlauben selbst bei einer Auflösung von 0,1 mm in jeder Raumrichtung Scangeschwindigkeiten im Bereich 1 m/s und höher, was eine Integration in die Fertigung zur 100-Prozent-Kontrolle ermöglicht.

Unsichtbares sichtbar machen mit Röntgentechnik

Automatisches Röntgenprüfsystem XCT-2000X (MatriX Technologies GmbH)

Das XCT-2000X kombiniert die automatische Durchstrahlung mit der kompletten 3-D-Computertomographie des Prüfobjekts. Das Röntgensystem ist speziell für Gussteile bis zu 500 mm Durchmesser und 600 mm Höhe konfiguriert. Im Automatik-Mode läuft die Analyse der Röntgenbilder vollkommen automatisch, dabei kann für die Lunker- und Oxyd-Prüfung auch ein Referenzbildverfahren eingesetzt werden. Mit dem XEye-Detektor kommt ein Detektor zum Einsatz, der Pixelfehler ausschließt und eine wesentlich längere Laufzeit als herkömmliche digitale Detektoren garantiert. Haupteinsatzgebiete des Röntgenprüfsystems liegen in der Automobil- und -zulieferindustrie, der Werkstoff- und Materialprüfung sowie der Luft- und Raumfahrttechnik.

Vollautomatisches Röntgenprüfsystem ISAR V.6

ISAR V.6 ist eine Röntgenprüfanlage zur vollautomatischen und objektiven Prüfung von Leichtmetallgussteilen. Das System ist geeignet für Leichtmetallgussteile wie Räder, Fahrwerke, Lenkungsteile oder Gehäuse und detektiert Ungänzen wie z. B. Lunker und Poren, wobei die Defekte als Volumen erfasst und ausgewertet werden. Zudem können auch Oxide detektiert werden, die im Bereich von 1 Prozent der durchstrahlten Wandstärke liegen.

Röntgenmessverfahren zur 3-D-Bildgebung - Helix-CT

Die aus der Medizintechnik bekannte Helix-Computertomographie wurde modifiziert und mit einem Flächensensor ausgestattet. Damit wird eine deutlich verbesserte Qualität der Bilddaten im Vergleich zu bisher bekannten Verfahren der industriellen Tomographie erzielt. Bei quantitativen Messungen wird eine hohe Homogenität der rekonstruierten Dichten im gesamten Prüfobjekt erreicht. Die Helix-CT ermöglicht damit nicht nur präzises dimensionelles Messen, sondern es können auch sehr lange Objekte (Rohre, Stangen oder Rotorblätter) innerhalb eines einzigen Messvorgangs erfasst werden.

CT-Messdatenerfassung und -Rekonstruktion mit Volex 6

Volex 6 ist ein Programmpaket zur Messdatenerfassung und Rekonstruktion für die 3-D-Computertomographie (CT). Ein komplettes CT-System besteht aus der Volex 6-Software und den auf die Bedürfnisse und Anwendungen des Kunden angepassten Hardwarekomponenten. In Volex 6 werden unterschiedliche Hardwarekomponenten wie die Röntgenröhre, der Manipulator zur Bewegung des zu untersuchenden Objekts und der Detektor über einheitliche Softwareschnittstellen eingebunden. Hierdurch wird Flexibilität bei Messung und Analyse gewährleistet.

Strahlungsstabile Röntgenkamera für industrielle Anwendungen - XEye

Für die Prüfsicherheit in der industriellen Röntgenprüfung ist eine hohe Bildqualität entscheidend, denn nur so können kleinste Fehlstellen sicher erkannt werden. Die Röntgenkamera XEye bietet diese höchste Bildqualität auch im Dauereinsatz bei bis zu 220 kV Röhrenspannung, z. B. bei der Schweißnahtprüfung. Ermöglicht wird dies durch die vollständige Abschirmung sämtlicher elektronischer Komponenten vor Röntgenstrahlung.

Tisch-Computertomograph CT-MICRO

Mit Computertomographie 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.

Analysesoftware für Volumenbilder - MAVI

Bei der Untersuchung von Materialien werden immer öfter räumliche Bilder ihrer Mikro- und Nanostruktur aufgenommen. Ein übliches Abbildungsverfahren ist die Mikro-Computertomographie auf der Basis von Röntgen- oder Synchrotronstrahlung, konfokaler Laserscanning-Mikroskopie oder AFM (Atomic Force Microscopy). Das Softwaretool MAVI ist speziell für die Analyse von Mikro- und Nanostrukturen entwickelt worden.

Schnelle 3-D-Analyse von Gefügemerkmalen

Bisherige Methoden zur Bestimmung und Analyse von Gefügemerkmalen (zum Beispiel Dendritenarmabstände, Korngrößen, Korngrenzen) in metallischen Legierungen basieren auf zweidimensionalen Schnitten. Die Bestimmung der dreidimensionalen Ausprägung kann aufgrund der notwendigen metallografischen Präparation mit einem hohen zeitlichen Aufwand verbunden sein. Neuere Entwicklungen im Bereich der industriellen Röntgentechnik ermöglichen es, Strukturen in der Größenordnung von wenigen Mikrometern zu erfassen und darzustellen. Dadurch ist es möglich, mittels Computertomographie (CT) einen 3-D-Volumendatensatz von Werkstoffproben mit einer Voxelgröße von unter 1 μm Kantenlänge zu generieren. Der Vorteil dieses volumengebenden Verfahrens liegt in der Möglichkeit der 3-D-Analyse der Werkstoffprobe ohne Umweg über 2-D-Schliffbilder.

Computertomographie mit Messtechnik

Zerstörungsfreies dimensionelles Messen an inneren und äußeren Bauteilstrukturen mittels Computertomographie (CT) dient der Überprüfung von Produktions- und Fertigungstoleranzen. Das Fraunhofer EZRT befasst sich mit der gesamten Prozesskette von der präzisen dimensionellen Messung bis zum Geometrievergleich hinsichtlich Schwindung und Verzug. Individuelle Lösungen für komplexe Messaufgaben werden durch eine sorgfältige Aufnahmeplanung entwickelt und mit dem Kunden abgestimmt.

Unsichtbares sichtbar machen mit Terahertz Imaging

Terahertz-Messtechnik

Terahertz-Strahlung (THz) vereint einige Vorteile der angrenzenden spektralen Bereiche. Aufgrund ihrer größeren Wellenlänge im Vergleich zu sichtbarem Licht oder IR-Strahlung dringt sie vergleichsweise tief in zu untersuchende Materialien ein. Gleichzeitig ergibt sich eine bessere räumliche Auflösung als beim messtechnischen Einsatz langwelligerer Mikrowellen Durch die Entwicklung preiswerter, handhabbarer THz-Emitter und -Detektoren in den letzten Jahren kann die Terahertz-Strahlung heute in der Laboranalytik, Prozessmesstechnik, Qualitätssicherung oder Sicherheitstechnologie angewendet werden.

Terahertz-Tomographie zur zerstörungsfreien Prüfung

Bei einem Terahertz-Messsystem erfolgt die Durchstrahlung der Prüflinge mit THz-Pulsen. Das System erlaubt die simultane Aufnahme der THz-Transmission/-Reflexion und von THz-Spektren und damit eine tomografische 3-D-Rekonstruktion des Objektes. Typische Anwendungen: 3-D-Rekonstruktion von Bauteilen, Qualitätsprüfung von Kunststoffbauteilen/Leichtmaterialien, Detektion von Materialinhomogenitäten, Porösitäten und Dichteschwankungen, Schichtdickenmessung und Delaminationen, Prüfung von Klebungen, Prüfung vergrabener metallischer Strukturen/Leiterbahnen, Feuchtigkeitsmessung.

Unsichtbares sichtbar machen mit Thermographie und Shearographie

Aktive Wärmefluss-Thermographie zur Qualitätssicherung

Bei der aktiven Thermographie werden die Untersuchungsobjekte durch einen kurzen Wärmeimpuls um wenige Grad Celsius erwärmt, zum Beispiel durch einen Infrarotsstrahler. Diese Technik ermöglicht neue Möglichkeiten in der Qualitätssicherung, weil der Wärmeimpuls in den Untersuchungsobjekten Wärmeflüsse erzeugt, die sich in fehlerbehafteten Bereichen anders verhalten als in einwandfreien Bereichen. Voraussetzung dafür ist allerdings, dass sich der Fehler durch eine unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit und/oder Wärmekapazität auszeichnet.

Festigkeit von Fügeverbindungen

Herkömmliche zerstörungsfreie Mess- und Prüftechniken liefern rein qualitative Informationen zu Adhäsions- und Kohäsionseigenschaften bei Werkstoffverbunden. Für eine zuverlässige Analyse der Verbundeigenschaft, insbesondere in sicherheitsrelevanten Bereichen sind jedoch quantitative Messergebnisse erforderlich. Mittels Shearographie und Thermographie können Mikrodelaminationen in Klebeverbindungen nachgewiesen werden, die die Basis einer Definition zukünftiger standardisierter zerstörungsfreier Untersuchungen zur Quantifizierung von Klebeverbindungen bilden.

Inspektion von Oberflächen

Online-Oberflächeninspektionssystem zur Qualitätssicherung - MASC

Das System MASC (Modular Algorithms for Surface Control) wurde zur Qualitätskontrolle von komplexen Bauteilen mit strukturierten, texturierten Oberflächen entwickelt. Aufbauend auf einer gemeinsamen Basisstruktur bietet MASC individuelle Lösungen für unterschiedliche Anwendungsbereiche wie die Metall-, Kunststoff-, Holz-, Leder- und Vliesindustrie. Die Funktionsweise des Systems wird an einer industriellen Anwendung vorgeführt.

Schnelle Oberflächenprüfung komplexer Gussteile

Hoher Kostendruck in der Automobil- und Zulieferindustrie sowie die Forderung nach Null-Fehler-Qualität zwingen die Hersteller zunehmend zum Einsatz automatischer Sichtprüfsysteme in der Fertigungslinie. Dies gilt insbesondere im Bereich der Fertigung und Verarbeitung von Gussteilen. Mit dem vollautomatischen Prüfsystem CapaCam können Poren, Lunker und Beschädigungen auf komplex geformten Gussteilen zuverlässig detektiert werden.

Sonderschau Berührungslose Messtechnik
Halle 1, Stand 1612

Die Sonderschau »Berührungslose Messtechnik« findet bereits zum 5. Mal statt. Die Sonderschau will einen Beitrag zur Verbreiterung der Akzeptanz berührungsloser Messtechnik leisten, indem an einigen ausgewählten Exponaten die Konstruktionsprinzipien, Eigenheiten und Grenzen der neuen Messmöglichkeiten demonstriert werden. Die Sonderschau findet mit Unterstützung der P. E. Schall GmbH & Co. KG und der Fraunhofer-Allianz Vision statt. Es werden unter anderem Exponate aus den Bereichen konfokale Messtechnik, Röntgenprüfung, Shape from Shading, Lasertriangulation, Weißlichtinterferometrie, Fokussierungsanalyse und 3-D-Objektvermessung gezeigt.

Wichtige Daten

Messe Control 2009
Datum 5. bis 8. Mai 2009
Ort Neues Messegelände Stuttgart
Stand Halle 1, 1502

Beteiligte Partner:

Flyer

Kontakt

Dr. Norbert Bauer
Fraunhofer-Allianz Vision
Am Wolfsmantel 33
91058 Erlangen
Telefon: +49 9131 776-5800
Fax: +49 9131 776-5899
E-Mail: vision@fraunhofer.de

Veranstaltungsdatum:

vom 5.5.2009 bis zum 8.5.2009
am Messe Control in Stuttgart

Aktualisierungsdatum

10.06.2009