Robotergestützte Oberflächeninspektion von industriellen Bauteilen

Demonstrator der robotergestützten Oberflächeninspektion von industriellen Bauteilen
© Fraunhofer ITWM, Kaiserslautern

Demonstrator der robotergestützten Oberflächeninspektion von industriellen Bauteilen

Die Haupteinsatzbereiche des Inline-Prüfsystems liegen in der Automotive-, Kunststoff- und Metallindustrie
© Fraunhofer ITWM, Kaiserslautern

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

Das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM, Kaiserslautern, stellt ein robotergestütztes Oberflächeninspektionssystem zur vollständigen Inline- Prüfung von industriellen Bauteilen vor. Der Fokus liegt auf einer objektiven, anwendungsspezifischen Erfassung und Bewertung der Oberfläche. Mit der graphischen Benutzeroberfläche »ToolIP« steht zudem eine Entwicklungsumgebung zur Verfügung, mit der alle in der integrierten Softwarebibliothek enthaltenen Bildverarbeitungs-Algorithmen kombiniert und entsprechend parametrisiert werden können. Für Aufgabenstellungen aus Bereichen wie Automotive, Kunststoff- und Metallindustrie lassen sich somit in kurzer Zeit individuelle, kundenspezifische Lösungen entwickeln.

Bei der Herstellung von Produkten der verarbeitenden Industrie können durch Werkzeugabnutzung aber auch durch Verschmutzungen an einzelnen Produkten Oberflächenfehler entstehen. Diese fehlerhaften Produkte dürfen aus sicherheitstechnischen Gründen, oder einfach aufgrund kosmetischer Überlegungen, die Produktion nicht verlassen. Eine 100-Prozent-Kontrolle der Produktion ist deswegen unumgänglich. Automatisierte Oberflächenprüfsysteme sind eine zuverlässige und objektive Methode, um die Qualität der Produkte sicherzustellen und den steigenden Ansprüchen an Qualität und Automatisierung gerecht zu werden.

Oft sind die Freiformoberflächen der Prüfteile allerdings so komplex, dass es nicht leicht ist, Kamera und Beleuchtung so zu führen, dass tatsächlich die gesamte Oberfläche zuverlässig geprüft werden kann. Für solche Fälle hat das Frauhofer ITWM das Prinzip der virtuellen Lichtfeldkamera umgesetzt. Hierbei wird Vorwissen (z. B. aus CAD-Daten) über das zu inspizierende Objekt benutzt, um eine virtuelle Kameraebene auf die Objektoberfläche zu kalibrieren. Mit Hilfe eines Roboters werden dann eine herkömmliche Kamera und eine diffuse Beleuchtungseinheit um das Objekt geführt. Aus den dabei gewonnen 2D-Einzelaufnahmen lässt sich schließlich das 4D-Lichtfeld auf der Objektoberfläche berechnen. Der Messbereich und die Auflösung des Lichtfelds können so beliebig an die Anforderungen der Inspektionsaufgabe angepasst werden.

Im 4D-Lichtfeld lassen sich nun Defekte anhand von Veränderungen ihrer Textur, Reflexionseigenschaften oder 3D-Geometrie erfassen. Dabei können sowohl lokale Merkmale als auch statistische Methoden zum Einsatz kommen. Da diese Auswertungen je nach Eigenschaft in unterschiedlichen, aber stets zweidimensionalen Unterräumen des 4D-Lichtfelds stattfinden, können dabei herkömmliche Verfahren aus der 2D-Bildverarbeitung verwendet werden.

 

In der Abteilung Bildverarbeitung des Fraunhofer ITWM werden für komplexe Aufgabenstellungen anwendungsspezifische Lösungen für die Inline-Oberflächenprüfung entwickelt. Dazu steht eine Vielzahl von institutsinternen, modularen Bildverarbeitungsalgorithmen und Systemkomponenten zur Verfügung. Zahlreiche Bildverarbeitungsalgorithmen stehen in »ToolIP«, einer Entwicklungsumgebung mit graphischer Benutzeroberfläche, als Softwarebibliothek zur Verfügung und können nach kundenspezifischen Vorgaben kombiniert und entsprechend parametrisiert werden.