Robotergestützte Bahnplanung und Oberflächeninspektion

Demonstrator der robotergestützten Oberflächeninspektion von industriellen Bauteilen
© Fraunhofer ITWM

Demonstrator der robotergestützten Oberflächeninspektion von industriellen Bauteilen

Abbildung eines Oberflächenprüfsystems
© Fraunhofer ITWM

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

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. Das System verfügt über mehrere Schnittstellen für die Bildaufnahme, untersucht das Bauteil und leistet den Abgleich mit dem CAD-Modell sowie dessen Visualisierung. Darüber hinaus sind Algorithmen zur automatischen Berechnung von Scanpfaden enthalten. Die Visualisierung des CAD-Modells wird je nach Scanpfad des Roboters sukzessiv 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, sodass eine 100-Prozent-Kontrolle unumgänglich ist. 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 von Vorwissen 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 unabhängig von der Bauteilkomplexität ein vollständiger Oberflächenscan nach einer bestimmten Anzahl von Bildaufnahmen gewährleistet werden kann. Messbereich und die minimal notwendige 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. In Kombination mit dem Strahlenverfolgungs-Verfahren (Raytracing) ermöglichen diese Informationen 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 eine vollständige Oberflächeninspektion aufwendig zu erreichen sein.