Fraunhofer Vision auf der Control 2010

Die Fraunhofer-Allianz Vision präsentiert auf der Control 2010 in Stuttgart (Halle 1, Stand 1502) eine Auswahl aktueller Mess- und Prüfsysteme mit Bildverarbeitung für die Qualitätssicherung in der Produktion.

Logo Jahr der Energie

Als Schwerpunktthema wird im Jahr 2010 die Ressourceneffizienz in der Produktion mit Bildverarbeitung und optischer Mess- und Prüftechnik präsentiert, denn angesichts des Klimawandels sowie der zunehmenden Verknappung und Verteuerung natürlicher Ressourcen rückt die nachhaltige Verbesserung der Energie- und Materialeffizienz in der Produktion verstärkt in das Zentrum der Betrachtung.

Neue Lösungen und Konzepte für ein auf Dauer tragfähiges Wirtschaften sind auch die Leitgedanken des neuen Wissenschaftsjahrs 2010 »Die Zukunft der Energie«. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) widmet sich mit der Energieforschung dabei einer der zentralen Menschheitsfragen der nächsten Jahrzehnte.

 

Die Entwicklungen der Fraunhofer Vision-Institute liefern zur Ressourcenschonung auf mehrfache Weise einen Beitrag:

  • Durch fertigungsintegrierte Mess- und Prüfsysteme lassen sich Qualitätsabweichungen bereits bei ihrer Entstehung vollständig erkennen und möglichst frühzeitig und damit kostenoptimal für den Gesamtprozess korrigieren. Hierzu gehört auch der Einsatz intelligenter Messtechnik zur Verbesserung der Arbeitsbedingungen durch erhöhte Ergonomie sowie Erreichung von Arbeitssicherheit und Arbeitsschutz.
  • Daneben unterstützen optische Verfahren die Entwicklung und Erprobung neuer Materialien und dienen der Absicherung von Fertigungstechnologien. Besondere Anwendungspotenziale bieten dabei der strukturelle Leichtbau, Verbundwerkstoffe und innovative Fügeverfahren.

Themenschwerpunkt Ressourceneffizienz

Ein Analysesystem, das auf Basis laserspektroskopischer Verfahren arbeitet, ist das Messsystem STROMBOLI zur Optimierung der Elektrostahlherstellung. Stahlproduzenten können damit bis zu sieben Prozent an Strom einsparen, wie Messungen von Abgaskonzentrationen in einem Elektroschmelzofen der Lech-Stahlwerke gezeigt haben. Herzstück des Systems ist ein staubresistentes Laser-Spektrometer des Fraunhofer IPM, mit dem sich Gaskonzentrationen über der Schmelze im Prozess bestimmen lassen, die als Steuergrößen für einen optimierten Ofenbetrieb dienen.

Ressourceneffizienz durch produktionsorientiertes Qualitätsmanagement

Fehler- und verschwendungsfreie Prozesse bilden die Grundlage für eine effiziente Produktionsstruktur. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT verfügt über bewährte Instrumente und Methoden, um Ressourcen- und Energieströme zu visualisieren und umfassend analysieren zu können. Der auf das gesamte Unternehmen ausgeweitete Ansatz ermöglicht dabei, Bilanzierungssysteme entlang des Produktlebenszyklus aufzubauen, um die Bewertung eines Produkts auch hinsichtlich der Nachhaltigkeit durchzuführen.

Control IPT
© Fraunhofer IPT

Control IPT

Inline-3D-Prüfung von Dachziegeln auf Oberflächen- und Formfehler

Der zunehmende Wettbewerb zwingt die Hersteller von Tondachziegeln immer kostengünstiger zu produzieren und trotzdem eine hohe Produktqualität zu gewährleisten. In der Produktion spielen dabei einerseits die hohen Energiekosten eine wichtige Rolle und andererseits die Vermeidung von Ausschuss, d. h. von sogenanntem Bruch. Die Keramikindustrie fordert daher seit vielen Jahren eine vollautomatische und zuverlässige Prüfung für ihre hoch automatisierte Tondachziegelproduktion, um Energie und Ressourcen effizient zu nutzen und einsparen zu können. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA bietet hierfür ein neues optisches 3D-Inline-System zur Prüfung auf Oberflächen- und Formfehler.

Control IPA
© Fraunhofer IPA

Control IPA

Online-Farbmessung an Kunststoffgranulaten

Mit ColorControl kann die Farbe von Kunststoffgranulaten in einer Qualität gemessen werden, wie es auf konventionelle Art und Weise mittels eines herkömmlichen Spektrographen nur an aufwändig erstellten Messplättchen möglich ist. Bislang wird zur Farbkontrolle aus extrudiertem Kunststoffgranulat ein Farbplättchen erzeugt. Während der Vermessung der Plättchen im Labor läuft der Extruder bereits weiter und produziert im schlimmsten Fall bereits Ausschuss. Mit dem neuen System, mit dem die Farbmessung direkt am Granulat erfolgt, ist eine Zeitersparnis der Qualitätskontrolle um den Faktor 10 bis 15 möglich und unnötiger Abfall wird vermieden.

Control IIBT
© Fraunhofer IOSB

Control IIBT

Berührungslose Prüfung zylindrischer Oberflächen von Rohren und Stangen

HexaCam ist ein optisches Inspektionssystem zur vollautomatischen Oberflächenprüfung von Rohren und Stangen. In einem Arbeitsgang erfolgt eine 100-Prozent-Qualitätsprüfung der Werkstücke mit automatischer Erkennung von Textur- und Geometriefehlern. Während vergleichbare Anlagen zusätzlich eine Rotationsbewegung der Prüfobjekte erfordern, erlaubt die ringförmige Anordnung von sechs Kameras die lineare Zuführung der Werkstücke ohne Eigenrotation. Die Kombination einer speziell für Rohre entwickelten Beleuchtung mit entsprechenden Bildauswertealgorithmen ermöglicht die automatische Auswertung von unterschiedlichen Fehlerarten wie Oberflächenverunreinigungen und geometrischen Defekten.

Control IIS
© Fraunhofer IIS

Control IIS

Puls-Phasen-Thermographie zur Detektion verborgener Fehlstellen unterhalb der Oberfläche

Mit der Online- und der Impuls-Thermographie können unsichtbare Fehler in Materialien, wie z. B. Risse, Lunker oder Delaminationen erkannt werden. Dazu werden aktiv eingekoppelte oder durch den Herstellungsprozess bedingte Wärmeflüsse im Prüfobjekt ausgenutzt, die sich an Fehlstellen charakteristisch verändern. Die Detektion und Auswertung wird erschwert, wenn die Objektoberflächen stark reflektieren, Emissionsgrade variieren oder die Temperaturverteilung sehr ungleichmäßig ist. Bei der Puls-Phasen-Thermographie (PPT) wird das beobachtete Abkühlungsverhalten eines Prüfobjekts nach impulsartiger Anregung deshalb zusätzlich einer Frequenzanalyse unterzogen. Dadurch wird die Empfindlichkeit verbessert, so dass Materialfehler auch unterhalb von nicht »kooperativen« Oberflächen detektiert werden können.

Control WKI
© Fraunhofer WKI

Control WKI

Software zur Analyse und Visualisierung von Mikrostrukturen in Volumenbildern

Bei der Untersuchung von Materialien werden immer öfter räumliche Bilder ihrer Mikro- und Nanostruktur aufgenommen. Übliche Abbildungsverfahren sind Mikro-Computertomographie auf der Basis von Röntgen- oder Synchrotronstrahlung, konfokale Laserscanning-Mikroskopie oder AFM (Atomic Force Microscopy). Für die Verarbeitung und Analyse der 3-D-Volumenbilder wurde das Softwaretool MAVI konzipiert. Insbesondere bei der Entwicklung von neuen Werkstoffen bietet MAVI eine zerstörungsfreie Charakterisierung des Materials und über die erzeugten Strukturmodelle auch die Grundlage für Materialsimulationen und virtuelles Materialdesign. Hierdurch kann der Herstellungsprozess optimiert und kostbare Ressourcen können gespart werden.

Control ITWM
© Fraunhofer ITWM

Control ITWM

Fertigungsintegrierte optische 3-D-Messsysteme zur Qualitätsprüfung

OptoInspect 3D ist ein modulares System, um anwendungsspezifische und automatisierte 3-D-Messsysteme zu konfigurieren. Die Technologie auf Basis triangulierender Sensorverbünde bildet die Grundlage für eine prozess- und maschinenintegrierbare Geometriemesstechnik, die eine 100-Prozent-Prüfung und lückenlose Dokumentation der Produktqualität ermöglicht. Die Systeme arbeiten von der 3-D-Digitalisierung über die Messdatenauswertung bis hin zur geometrischen Merkmalsextraktion vollautomatisch. Beispiele sind die geometrische Qualitätsprüfung von KfZ- oder Eisenbahn-Rädern, Abgaskonvertern, profilierten Materialien oder die maschinenintegrierte Biegewinkelmessung.

Control IFF
© Fraunhofer IFF

Control IFF

Kombinierte Oberflächeninspektion und Ultraschallanalyse von metallischen Bauteilen

Das modularisierte MASC-System (Modular Algorithms for Surface Control) wurde zur Qualitätsinspektion von komplexen Bauteilen mit strukturierten, texturierten Oberflächen entwickelt. Aufbauend auf einer gemeinsamen Basisstruktur, bietet dieses System verschiedene Software-Tools, die mittels digitaler Bildverarbeitung Materialfehler automatisch detektieren und klassifizieren können bzw. Farbnuancen erkennen. Durch den kombinierten Einsatz mit Ultraschall-Techniken eignet sich das System auch zur Erkennung von Defekten und zur Charakterisierung von Materialeigenschaften, die unter der Oberfläche verborgen liegen.

Control ITWM
© Fraunhofer ITWM

Control ITWM

Qualitätssicherung durch den kombinierten Einsatz aktiver Thermographie und digitaler Shearographie

Die Verfügbarkeit hochzuverlässiger Prüfmethoden zur Qualitätssicherung ist insbesondere im Bereich des Leichtbaus eine elementare Forderung. Neuartige ambitionierte Verbundsysteme lassen erhöhte Anforderungen an die Prüftechnologie entstehen, denen die beiden Prüfmethoden Thermographie und Shearographie nach dem Stand der Technik am ehesten genügen. Bei komplexeren Fragestellungen stößt jedoch jedes Verfahren für sich an seine individuellen Grenzen einhergehend mit unzureichenden Nachweiswahrscheinlichkeiten und Fehlinterpretationen. Aufgrund der Redundanz und der weitgehend komplementären Funktionsweise sowie Synergieeffekten beider Prüfverfahren zueinander liegt ein hohes Potential in der Kombination beider Methoden in einem Prüfsystem.

Control IPA Thermographie
© Fraunhofer IPA

Control IPA Thermographie

Unsichtbares sichtbar machen

Kompakte und transportable CT-Anlage für die Materialcharakterisierung

Die Computertomographie (CT) hat in den letzten Jahren als leistungsstarkes Werkzeug für die zerstörungsfreie Prüfung in der Industrie zunehmend an Bedeutung gewonnen. Mit der CT kann ein dreidimensionales Volumenmodell mit der äußeren und inneren Struktur des Objektes dargestellt werden. Einer breiteren Anwendung standen jedoch bisher oft der hohe Anschaffungspreis sowie die komplizierte Bedienung der Tomographen entgegen. Mit der CTportable steht nun eine kompakte und transportable CT-Anlage zur Verfügung, die flexibel und standortunabhängig eingesetzt werden kann.

Control EZRT
© Fraunhofer EZRT

Control EZRT

Universelles Softwarepaket zur CT-Messdatenerfassung und -rekonstruktion Volex

Die CTportable ist eine kompakte und transportable Computertomographie -Anlage, die flexibel an allen Orten des Unternehmens eingesetzt werden kann. Speziell für die CTportable wurde die überarbeitete Oberfläche Volex 6 entwickelt, die eine einfache Bedienung in wenigen Schritten ermöglicht. Das in Volex 6 integrierte Rekonstruktionsmodul bietet zahlreiche Möglichkeiten zur optimalen Realisierung und flexiblen Anwendung der Volumendaten-Berechnung. Ein offenes Datenformat ermöglicht die Analyse und Visualisierung der gemessenen Projektionsdaten direkt durch den Benutzer.

Control ISS
© Fraunhofer IIS

Control ISS

Strahlungsstabile Röntgendetektoren für industrielle Anwendungen

Für die Prüfsicherheit in der industriellen Röntgenprüfung ist eine hohe Bildqualität entscheidend, denn nur so können kleinste Fehlstellen sicher erkannt werden. Die Röntgenkamera XEye bietet diese höchste Bildqualität auch im Dauereinsatz bei bis zu 220 kV Röhrenspannung, z. B. bei der Schweißnahtprüfung. Ermöglicht wird dies durch die vollständige Abschirmung sämtlicher elektronischer Komponenten vor Röntgenstrahlung.

Control IIS BMP
© Fraunhofer IIS

Control IIS BMP

Fasergekoppeltes Terahertz-System

Zwischen Mikrowellen und Infrarotstrahlung ist der Frequenzbereich der Terahertz-Wellen angesiedelt. Dabei vereinigt Terahertz-Strahlung die Vorteile angrenzender spektraler Bereiche: Hohe Eindringtiefe und geringe Streuung bei gleichzeitig guter räumlicher Auflösung sind charakteristisch für Terahertz-Strahlung. Zwar befindet sich die Terahertz-Tomographie noch im Entwicklungsstadium, doch verspricht die Technik für die Zukunft interessante Perspektiven. Erste Anwendungen in der Laboranalytik und Qualitätssicherung, der Prozessmesstechnik oder der Sicherheitstechnologie wurden bereits erprobt – mit vielversprechenden Ergebnissen.

Control IPM
© Fraunhofer ITWM

Optische 3D-Messtechnik

Bohrlochinspektion für Bauteile mit kleinstem Durchmesser

Für das ultrapräzise Messen in tiefen Bohrungen mit kleinem Querschnitt wurde ein faseroptischer Mikrosensor entwickelt, mit dem sowohl die Rundheit in kleinsten Kavitäten oder Bohrungen mit Durchmessern kleiner 1 mm als auch in makroskopischen rotationssymmetrischen Körpern mit einer Genauigkeit von wenigen Nanometern vermessen werden können. Der Sensor lässt sich einfach in Produktionsmaschinen, Messmaschinen oder Fertigungslinien integrieren und eröffnet so die Möglichkeit zur 100-Prozent-Prüfung. Mögliche Einsatzbereiche sind die Luft- und Raumfahrttechnik, die Automobilindustrie, die Mikrosystemtechnik, die Medizintechnik oder die Druckindustrie.

Control IPT
© Fraunhofer IPT

Control IPT

Digitalholographisches 3D-Inline-Prüfsystem

Das Fraunhofer IPM hat mit HoloFlash ein optisches Messsystem zur kontaktlosen, hochpräzisen und schnellen 3-D-Oberflächenvermessung und -prüfung entwickelt. Es basiert auf digitalholografischer Mikroskopie. Durch den Einsatz von zwei gleichzeitig messenden kohärenten Lichtquellen, beträgt die Messzeit weniger als 1 ms. Das äußerst robuste Messverfahren und die schnelle Auswertung in rund 0,5 s prädestinieren das System für den Einsatz in der Inline-Kontrolle. Das Messsystem stellt die Topographie insbesondere rauer Objektoberflächen mit interferometrischer Genauigkeit dar. Der axiale Messbereich ist von 100 μm bis 10 mm anpassbar. Die Auflösung von HoloFlash liegt zwischen 1 und 100 μm - abhängig von Messbereich und Rauigkeit.

Control IPM
© Fraunhofer IPM

Control IPM

3D-Farb- und Konturscanner

Der 3D-Farb- und Konturscanner ermöglicht die schnelle und sichere Detektion von Farb- oder Formabweichungen. Die Formerfassung erfolgt mit dem Laser-Lichtschnitt-Verfahren, die Farberfassung mit Farbzeilen- oder Farbmatrixkameras. Durch die geeignete Anordnung mehrerer Sensorkomponenten wird eine Rundumerfassung ermöglicht. Messraten im Bereich von mehr als 10 kHz Zeilenfrequenz erlauben selbst bei einer Auflösung von 0,1 mm in jeder Raumrichtung Scangeschwindigkeiten im Bereich 1 m/s und höher, was eine Integration in die Fertigung zur 100-Prozent-Kontrolle ermöglicht.

Control IIS BMP
© Fraunhofer IIS

Control IIS BMP

Folgende weitere Themen werden präsentiert:

 

  • Simulation einer vollautomatischen Räderprüfung mit dem Röntgenprüfsystem ISAR

  • Zerstörungsfreies dimensionelles Messen mit Computertomographie

  • Laminographische Methoden zur 3D-Röntgenuntersuchung flächiger Bauteile

  • Prozessintegrierte Bauteilprüfung mit 3D-Computertomographie (Inline-CT)

  • Ausschussreduzierung durch Trenderkennung mit Inline-CT

  • Handgeführte 3D-Sensorik

  • Mikrooptische LED-Projektoren zur strukturierten Beleuchtung

 

Wichtige Daten

Messe Control 2010  
Datum 4. bis 7. Mai 2010  
Ort Neues Messegelände Stuttgart  
Stand Halle 1, 1502