Robotergestützte Bahnplanung und Oberflächeninspektion

Abbildung eines Oberflächenprüfsystems
© Fraunhofer ITWM

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

Demonstrator der robotergestützten Oberflächeninspektion von industriellen Bauteilen
© Fraunhofer ITWM

Demonstrator der robotergestützten Oberflächeninspektion von industriellen Bauteilen

Das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern stellt ein robotergestütztes Oberflächeninspektionssystem vor, welches zur vollständigen Prüfung industrieller Bauteile dient und bei dem der Fokus auf der vollständigen und objektiven Erfassung und Bewertung der Oberfläche liegt. Diese Besonderheiten weist das System auf: Es hat diverse Schnittstellen für die Bildaufnahme, untersucht das Bauteil und verrichtet den Abgleich mit dem CAD-Modell, wie auch die Visualisierung dieses CAD-Modells. Überdies 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.

 

Während der Herstellung von Produkten der verarbeitenden, kann es vorkommen, dass an einzelnen Teilen Oberflächenfehler entstehen, zum Beispiel durch Werkzeugabnutzung, aber auch durch Verschmutzungen oder dergleichen. Derartige fehlerhafte Bauteile dürfen aus sicherheitstechnischen Gründen oder aufgrund ästhetischer Überlegungen die Produktion nicht verlassen. Eine 100-Prozent-Kontrolle ist deswegen unerlässlich. Automatisierte Oberflächenprüfsysteme sind eine zuverlässige und sachdienliche Methode, um die Qualität im Herstellungsprozess zu gewährleisten.

 

Oftmals sind die Freiformoberflächen der Prüfteile so komplex, dass es schwer fällt, Kamera und Beleuchtung so zu führen, dass tatsächlich die gesamte Oberfläche stabil geprüft werden kann. Für diese Fälle hat das Fraunhofer ITWM ein System entwickelt, welches 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. Um einen vollständigen Oberflächenscan unabhängig von Bauteilkomplexität nach einer bestimmten Anzahl von Bildaufnahmen gewährleisten zu können, werden die bereits gescannten Bauteilregionen markiert (iO/niO). Messbereich und Länge der minimal notwendigen Scandauer können somit beliebig an die Anforderungen der Inspektionsaufgabe angepasst werden.

 

CAD-Daten von Bauteilen mit komplexer Geometrie beinhalten wertvolle Informationen über die Krümmung und Orientierung der Bauteiloberfläche. In Kombination mit Strahlenverfolgungs-Verfahren (Raytracing) ermöglichen diese Informationen eine effiziente Berechnung des Bauteils aus der Perspektive der Kamera. Dadurch 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 anwendungsspezifische Lösungen für die Oberflächenprüfung entwickelt, um komplexe Aufgabenstellungen bewältigen zu können. Dazu steht eine Vielzahl modularer Bildverarbeitungsalgorithmen und Systemkomponenten zur Verfügung. In ausgedehnten Forschungs- und Entwicklungsprogrammen werden gemeinsam mit Industriepartnern und Forschungseinrichtungen Werkzeuge entwickelt, welche den hohen Qualitäts- und Automatisierungsanforderungen der industriellen Welt genügen.