Robotergestützte Bahnplanung und Oberflächeninspektion

© Foto Fraunhofer ITWM

Die Haupteinsatzbereiche des Oberflächenprüfsystems liegen in der Automotive-, Kunststoff- und Metallindustrie

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Demonstrator der robotergestützten Oberflächeninspektion von industriellen Bauteilen

Das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern stellt ein robotergestütztes Oberflächeninspektionssystem zur vollständigen Prüfung industrieller Bauteile vor, bei dem der Fokus auf der objektiven und vollständigen Erfassung und Bewertung der Oberfläche liegt. Folgende Besonderheiten weist das System auf: Es hat mehrere Schnittstellen für die Bildaufnahme, untersucht das Bauteil und leistet den Abgleich mit dem CAD-Modell sowie die Visualisierung dieses CAD-Modells. Darüber hinaus beinhaltet es die Algorithmen zur automatischen Berechnung von Scanpfaden. Die Visualisierung des CAD-Modells wird je nach Scanpfad des Roboters sukzessive modifiziert, sodass die bereits geprüften Bauteilregionen sichtbar gekennzeichnet werden.

 

Bei der Herstellung von Produkten der verarbeitenden Industrie können an den einzelnen Teilen Oberflächenfehler entstehen, beispielsweise durch Werkzeugabnutzung, aber auch durch Verschmutzungen oder Ähnliches. Solche fehlerhaften Bauteile dürfen aus sicherheitstechnischen Gründen oder einfach aufgrund ästhetischer Überlegungen die Produktion nicht verlassen. Eine 100-Prozent-Kontrolle ist deswegen unumgänglich. Automatisierte Oberflächenprüfsysteme sind eine zuverlässige und objektive Methode, um die Qualität im Herstellungsprozess sicherzustellen.

 

Oft sind die Freiformoberflächen der Prüfteile so komplex, dass es nicht leicht ist, Kamera und Beleuchtung so zu führen, dass tatsächlich die gesamte Oberfläche stabil geprüft werden kann. Für solche Fälle hat das Fraunhofer ITWM ein System entwickelt, das ein Bauteil aufgrund des Vorwissens aus CAD-Daten vollständig automatisiert scannen kann. Mithilfe eines Roboters werden eine herkömmliche Kamera und eine diffuse Beleuchtungseinheit um das Objekt geführt. Die bereits gescannten Bauteilregionen werden markiert (iO/niO), sodass ein vollständiger Oberflächenscan unabhängig von Bauteilkomplexität nach einer bestimmten Anzahl von Bildaufnahmen gewährleistet werden kann. Messbereich und Länge der minimal notwendigen Scandauer können so beliebig an die Anforderungen der Inspektionsaufgabe angepasst werden.

 

CAD-Daten von Bauteilen mit komplexer Geometrie beinhalten wertvolle Information über die Orientierung und Krümmung der Bauteiloberfläche. Diese Informationen in Kombination mit Strahlenverfolgungs-Verfahren (Raytracing) ermöglichen eine effiziente Berechnung des Bauteils aus der Perspektive der Kamera. Somit ist es möglich, die Sichtbarkeit der Bauteilregionen für eine Kamera zu bestimmen. Je nach Komplexität der Bauteilgeometrie (Bohrungen, Aushöhlungen) kann es dementsprechend aufwändig sein, eine vollständige Oberflächeninspektion zu erzielen.

 

In der Abteilung Bildverarbeitung des Fraunhofer ITWM werden für komplexe Aufgabenstellungen anwendungsspezifische Lösungen für die Oberflächenprüfung entwickelt. Dazu steht eine Vielzahl modularer Bildverarbeitungsalgorithmen und Systemkomponenten zur Verfügung. In umfangreichen Forschungs- und Entwicklungsprogrammen werden gemeinsam mit Industriepartnern und Forschungseinrichtungen Werkzeuge entwickelt, die den hohen Qualitäts- und Automatisierungsanforderungen der industriellen Welt genügen.