Framework zur Simulation optischer Sensoren

Im Zuge von Industrie 4.0 ist auch die Produktion der Waren einem Wandel unterworfen. Bedingt durch die zunehmende Individualisierung der Produkte und die daraus resultierende Variantenvielfalt werden die Losgrößen bei der Herstellung der Waren kleiner. Einerseits sinken damit die zur Verfügung stehenden Ressourcen, um Inspektionen vorzubereiten und zu parametrisieren, andererseits stellt der Variantenreichtum eine enorme Hürde dar, um optische Prüfungen wirtschaftlich betreiben zu können.

Mit dem vom Fraunhofer IFF entwickelten Framework zur Simulation optischer Sensoren können optische Inspektionsvorgänge zunächst offline geplant werden. Basis dafür sind die CAD-Modelldaten der zu prüfenden Bauteile und parametrische Funktionsmodelle der eingesetzten Sensoren. Das jeweilige Ergebnis der Simulation ist zudem ausreichend realitätsnah, sodass die Daten beispielsweise auch für eine Planung geeigneter Prüfpositionen der Sensoren verwendet werden können. Während des eigentlichen Betriebs werden dann synthetische Messdaten als Vergleichsdaten erzeugt.

Das Fraunhofer IFF bietet Unternehmen mit diesem Simulations-Framework Unterstützung bei der Planung und Durchführung optischer Inspektionsaufgaben an. Dadurch können Arbeitszeit und Ressourcen eingespart werden.

Die Simulation der optischen Sensoren basiert auf der Planung der für die Prüfung geeigneten Sensorpositionen. Möglich ist der Einsatz sowohl für 2D- (Bildsensoren) als auch für 3D-Prüfaufgaben (Lichtschnitt. Phasenshift, Stereo-Kamera).

Ein Anwendungsbeispiel einer 2D-Simulation ist die Prüfung der korrekten Montage von Schaltschranktafeln. Diese werden in hoher Variantenvielfalt hergestellt und unterscheiden sich in ihrer Bestückung zum Teil sehr stark, wodurch eine automatisierte Inspektion der korrekten Montage der Tafeln erheblich erschwert wird. Zur Inspektion soll ein kamerabasiertes Prüfsystem mit einem Roboter über der Schaltschranktafel positioniert und dann eine bildbasierte Auswertung durchgeführt werden. Mithilfe einer feature-basierten Stereo-Kamerasimulation lassen sich zwei Abbildungen erstellen, in denen die Kanten der gesamten Schaltschranktafel dargestellt werden. Auf diese Weise ist die zuverlässige Überprüfung der korrekten Montage der Schaltschranktafeln möglich.

Eine beispielhafte 3D-Aufgabe ist die Prüfung von Guss- oder Schweißteilen im Sondermaschinenbau, bei denen vor der Bearbeitung durch die CNC-Maschine die jeweiligen Rohteile auf geometrische Abweichungen geprüft werden sollen. Auch hier besteht die Herausforderung für eine automatische optische Prüfung in der hohen Variantenvielfalt der Teile. Mithilfe des Frameworks gelingt die Simulation der für die jeweilige Prüfung optimalen Sensorpositionen, durch die eine zuverlässige optische Vermessung der Bauteile gewährleistet wird.