Control 2014

Inline Mess- und Prüftechnik

Fraunhofer Vision auf der Control 2014

Themenschwerpunkt Inline Mess- und Prüftechnik

Beste Qualität, höchste Flexibilität und niedrige Kosten gehören in allen Industrien längst zum Anforderungskatalog. In der modernen Produktion werden daher Bildverarbeitung und berührungslose Mess- und Prüftechnik zunehmend direkt in der Linie eingesetzt. Innovative Inline-Technologien ermöglichen es, alle qualitätsbestimmenden Schritte und kritischen Prozesse möglichst frühzeitig, umfassend und taktgebunden zu überwachen. Das steigert nicht nur die Effizienz in der Fertigung, sondern verhindert vor allem teure Ausschusskosten, da fehlerhafte Bauteile erst gar nicht produziert werden.

 

Die Entwicklungen der Fraunhofer Vision-Institute liefern 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.
  • Daneben übernehmen Vision-Systeme zunehmend prozesssteuernde Aufgaben und dienen mit vielen einzelnen Abfragen je Produktionsschritt der Beherrschung, Transparenz und Absicherung von Fertigungstechnologien.
  • Für eine automatische Kontrolle, die zunehmend auf industrieller Bildverarbeitung basiert, sprechen neben wirtschaftlichen Überlegungen insbesondere die gewonnene Objektivität sowie die hohe Reproduzierbarkeit und Verfügbarkeit im Vergleich zur manuellen Prüfung.

Mit den Technologien der Fraunhofer Vision-Institute können Bauteile und Materialien schnell und berührungslos im Fertigungsprozess vermessen werden. Informationen über Prozessabweichungen können direkt festgestellt und Prozessparameter unmittelbar korrigiert werden.

Am Fraunhofer Vision-Stand bei der Control 2014 werden die Kompetenzen der Fraunhofer Vision-Institute im Hinblick auf das Thema »Inline Mess- und Prüftechnik« anhand mehrerer Exponate beispielhaft für einige Anwendungsfelder demonstriert.

 

Optische Inline Mess- und Prüftechnik

Bildgebendes Drahtinspektionssystem zur
100-Prozent-Kontrolle

Beim Kaltumformen von Draht verursachen defekte Ziehsteine immer wieder Fehler, wie Zieh- oder Querriefen, Dellen und Rattermarken mit Strukturgrößen von einigen Millimetern bis wenigen 10 Mikrometern. Mit WIRE-AOI hat das Fraunhofer IPM ein produktionstaugliches Inspektionssystem entwickelt, das bei Geschwindigkeiten von bis zu 10 m/s die Drahtoberfläche vollständig inspiziert und Fehler in Echtzeit detektiert. Zuverlässig gefunden werden selbst Punktdefekte von 50 μm, und zwar auf ganz unterschiedlichen Drahtmaterialien wie Stahl, Aluminium oder Kupfer und bei ganz unterschiedlichen Drahtquerschnitten.

Aussteller: Fraunhofer IPM, Freiburg

Vier pixelparallele Kameras liefern zusammen 40.000 ausgewertete Bilder pro Sekunde
© Wuttke/Fraunhofer IPM

Vier pixelparallele Kameras liefern zusammen 40.000 ausgewertete Bilder pro Sekunde

Schnelle Mikro-Deformationsmessung in der Produktion

Bei der Produktion hochpräziser Bauteile müssen kleinste Deformationen in der Topographie oft bereits direkt in der Produktionslinie erfasst werden. Das vom Fraunhofer IPM für diesen Zweck entwickelte Inspektionssystem beruht auf dem Prinzip der elektronischen Speckle-Interferometrie (ESPI). Bei einer Taktrate von 500 Hz liefert der Sensor Bilder der Oberflächenverformung mit 25 nm Genauigkeit. Die Bildauflösung in x/y-Richtung beträgt eine Million Bildpunkte.

Aussteller: Fraunhofer IPM, Freiburg

Messung und Darstellung selbst kleinste Mikroverformungen in Echtzeit
© Fraunhofer IPM

Selbst kleinste Mikroverformungen, wie sie z.B. eine rollende Stahlkugel auf einem Karosserie-bauteil verursacht, lassen sich in Echtzeit messen und auf einem Bildschirm darstellen.

Großflächige Inline-Detektion von Restverschmutzungen mit Fluoreszenz-Messtechnik

Fraunhofer IPM hat ein System zur bildgebenden Fluoreszenzmesstechnik entwickelt, mit dem direkt im Produktionsprozess Restverschmutzungen wie Fette, Öle oder Rückstände von Reinigungsmitteln detektiert werden können. Die neue Version des Systems erlaubt nun die Untersuchung großer Flächen (bis zu 50 cm x 50 cm) und unterscheidet sich damit von kommerziell verfügbaren Systemen, mit denen lediglich die Analyse einzelner Messpunkte möglich ist.

Aussteller: Fraunhofer IPM, Freiburg

Das bildgebende Fluoreszenz-Messsystem kann selbst große Bauteiloberflächen direkt in der Produktionslinie auf kleinste Verunreinigungen inspizieren.
© Fraunhofer IPM

Das bildgebende Fluoreszenz-Messsystem kann selbst große Bauteiloberflächen direkt in der Produktionslinie auf kleinste Verunreinigungen wie z. B. Fingerabdrücke inspizieren.

Messen und Prüfen von Oberflächen und Formen

Inline 3D-Messtechnik für Prozesssteuerung und Qualitätsprüfung

Für den Entwurf und die Realisierung inlinefähiger 3D-Messsysteme unter Nutzung optischer 3D-Messverfahren wurde am Fraunhofer IFF der modulare Baukasten »OptoInspect 3D« entwickelt. Er ermöglicht die flexible und effiziente Erstellung anwendungsspezifischer Inline-Systeme zur geometrischen Qualitätsprüfung oder Prozesssteuerung. Für die in der Softwarebibliothek enthaltenen Funktionen und Methoden hat die Physikalisch Technische Bundesanstalt (PTB) im Januar 2014 ein Zertifikat erteilt, welches den Methoden die höchste Genauigkeitsklasse bescheinigt.

Aussteller: Fraunhofer IFF, Magdeburg

Aufgabenspezifischer Lichtschnittsensor als CAD-Modell
© Fraunhofer IFF

Aufgabenspezifischer Lichtschnittsensor als CAD-Modell

Inline Messtechnik für die zerstörungsfreie
3D-Charakterisierung

Das Fraunhofer IPT zeigt ein Inline-Messsystem für die zerstörungsfreie 3D-Charakterisierung semitransparenter, dünnschichtiger Materialien auf Basis der Optischen Kohärenztomographie (OCT), bei dem der faserbasierte OCT-Messkopf in einen Roboter integriert ist. Damit wird die OCT-Technologie, die bislang nur als Desktop-Anwendung etabliert ist, auch in Produktionsumgebungen nutzbar. Implementiert sind sowohl die automatisierte Datenaufnahme als auch Bildverarbeitungslösungen; insbesondere zeichnet sich das System durch die schnelle Echtzeit-Datenverarbeitung auf der Grafikkarte aus. Die Anwendungen liegen insbesondere bei der Qualitätssicherung von semitransparenten Materialien, wie zum Beispiel Folien oder Spritzgussbauteilen. Daneben kann das Messsystem auch zur Charakterisierung von Oberflächen in Laserstrukturierungsprozessen zum Einsatz kommen, wo der Laserabtrag von Bauteilen charakterisiert werden kann.

Aussteller: Fraunhofer IPT, Aachen

OCT-Darstellung einer steilen Kante (Turbinenschaufel), Fingerkuppe, Tesafilm-Rolle und Mehrschichtfolie
© Fraunhofer IPT

OCT-Darstellung einer steilen Kante (Turbinenschaufel), Fingerkuppe, Tesafilm-Rolle und Mehrschichtfolie. Der axiale Messbereich beträgt in diesem Bild 3 mm. Der laterale Messbereich beträgt 10 mm bzw. 10 mm x 10 mm.

HighSpeed Inline 3D-Sensorik

Die optische 3D-Messtechnik ist aus der modernen Qualitätssicherung nicht mehr wegzudenken. Mit dieser Technik werden Messungen erheblich beschleunigt und ein Einsatz in der Produktionsumgebung wird ermöglicht. Das neue Messsystem »kolibri highspeed« vom Fraunhofer IOF verbindet durch die Verwendung hochauflösender Kameratechnik und geschwindigkeitsoptimierter Algorithmen hohe Detailtreue mit einer ultrakurzen Messzeit für die 3D-Oberflächenerfassung in Fertigungsprozessen.

Aussteller: Fraunhofer IOF, Jena

HighSpeed-Sensorkopf
© Fraunhofer IOF

HighSpeed-Sensorkopf

Ultraschnelle dreidimensionale Erfassung mittels
Array-Projektion

Für die Vermessung von Teilen mit komplexer Oberflächenform werden unter anderem optische Messsysteme eingesetzt, die auf der Projektion bestimmter Muster beruhen. An diese Systeme werden immer höhere Anforderungen bezüglich Messgenauigkeit, Messgeschwindigkeit, Flexibilität und Mobilität gestellt. Am Fraunhofer IOF wurde nun ein Messsystem entwickelt, bei dem die Bilder ultra-schnell mittels Array-Projektion erzeugt werden. Das neue System wird bei der Messe Control präsentiert.

Aussteller: Fraunhofer IOF, Jena

Gesamtansicht des Array-Projektors
© Fraunhofer IOF

Gesamtansicht des Array-Projektors

Inspektion gekrümmter Oberflächen mit Reflektometrie und
Deflektometrie

Am Fraunhofer IOSB wird das Verfahren der Retroreflexions-Reflektometrie (RRR-Prinzip) zur Prüfung ebener oder gekrümmter Oberflächen im Durchlauf eingesetzt. Es können sowohl spiegelnde als auch diffus reflektierende Oberflächen wie Glas, Metall oder lackierte Flächen untersucht werden. Gewonnen werden Oberflächeninformationen wie Lage und Größe kosmetischer Fehler, Fließlinien oder Reflexionskoeffizienten. In Ergänzung zur Retroreflexions-Reflektometrie liefert die Deflektometrie einen messtechnischen Zugang zur Bestimmung von Qualitätsmerkmalen von (teil-) spiegelnden Oberflächen. Die Verfahren können überall dort eingesetzt werden, wo nicht nur die Detektion und Lokalisierung eines Oberflächendefektes gewünscht wird, sondern auch ein Vergleich mit einer Sollgeometrie notwendig ist. Mögliche Einsatzbereiche für die Verfahren finden sich überall dort, wo spiegelnde Oberflächen in der Serienfertigung geprüft und beurteilt werden sollen.

Aussteller: Fraunhofer IOSB, Karlsruhe

Unterschiedliche Sensorrealisierungen des deflektometrischen Prinzips
© Fraunhofer IOSB

Unterschiedliche Sensorrealisierungen des deflektometrischen Prinzips

Robotergestützte Oberflächeninspektion von industriellen
Bauteilen

Das Fraunhofer ITWM stellt anhand eines neuen, robotergestützten Oberflächeninspektionssystems exemplarisch einen vollständigen Inline-Prüfprozess für industrielle Bauteile vor, wobei der Fokus auf dem Zusammenspiel von Handhabung, Steuerung und Prüftechnik liegt. Mit der graphischen Benutzeroberfläche ToolIP steht zudem eine Entwicklungsumgebung zur Verfügung, mit der alle in der integrierten Softwarebibliothek enthaltenen Bildverarbeitungsalgorithmen kombiniert und entsprechend parametrisiert werden können. Für Aufgabenstellungen aus Bereichen wie Automotive-, Kunststoff- und Metallindustrie lassen sich somit in kurzer Zeit individuelle, anwendungsspezifische Lösungen entwickeln.

Aussteller: Fraunhofer ITWM, Kaiserslautern

Detektion von Schlagstellen
© Fraunhofer ITWM

Detektion von Schlagstellen

Spezialkamera POLKA zum Messen und Analysieren von
polarisiertem Licht

Der am Fraunhofer IIS entwickelte Prototyp der Polarisationskamera POLKA ist eine Spezialkamera zur pixelweisen Erfassung und Messung des Polarisationszustands von Licht. Die Polarisation ist eine Qualität des Lichts, die für das menschliche Auge nicht sichtbar ist. Es eröffnen sich dadurch für die industrielle Qualitätssicherung und -kontrolle neue Einsatzbereiche, z.B. im Leichtbau, wo Faserverläufe bei CFK-Bauteilen erkannt werden können, oder bei Glas bzw. transparenten Kunststoffen, wo die Detektion mechanischer Spannungen möglich ist.

Aussteller: Fraunhofer IIS, Erlangen

Die Polarisationskamera POLKA mit Blick auf den am Frauhofer IIS entwickelten Polarisationssensor.
© Fraunhofer IIS

Die Polarisationskamera POLKA mit Blick auf den am Frauhofer IIS entwickelten Polarisationssensor.

Interferometrischer Abstandssensor »bd-1« für
Wellen-Messmaschinen

Das Fraunhofer ILT stellt den interferometrischen Abstandssensor »bd-1« vor, mit dem geometrische Eigenschaften von Wellen, zum Beispiel Nocken- oder Kurbelwellen, mit Sub-Mikrometer-Genauigkeit absolut gemessen werden können. Der Sensor ist mit einem kompakten Messkopf mit bidirektionalem Messstrahl ausgestattet, was bedeutet, dass Hin- und Rückstrahl entlang derselben Linie verlaufen. Besondere Leistungsmerkmale sind die Messfrequenz von 70 kHz und eine Messgenauigkeit von besser als 200 nm in einem Bereich von 8 mm; der Arbeitsabstand beträgt 50 mm. Entwickelt wurde der Sensor für die Abstandsmessung in Wellen-Messmaschinen, es sind jedoch auch weitere Anwendungen wie Rundheits- und Abstandsmessungen in Werkzeugmaschinen möglich.

Aussteller: Fraunhofer ILT, Aachen

Kompakter Messkopf mit bidirektionalem Messstrahl des Sensors.
© Fraunhofer ILT, Aachen

Kompakter Messkopf mit bidirektionalem Messstrahl des Sensors.

Radarsensoren zur Breiten- und Abstandsmessung

Das Fraunhofer FHR hat zur Breiten- und Abstandsmessung bei Walzvorgängen integrierte Radarsensoren entwickelt, die auch bei sehr hohen Messgeschwindigkeiten und in nahezu jeder Umgebung eingesetzt werden können. Aufgrund ihrer geringen Sendeleistung können sie zudem ohne weitere Sicherheitsanforderungen betrieben werden. Die Radarsensoren kommen in erster Linie in der Stahlindustrie zum Einsatz.

Aussteller: Fraunhofer FHR, Wachtberg

Breitenmesssystem in einem Bandwalzwerk
© Fraunhofer FHR

Breitenmesssystem in einem Bandwalzwerk

Messen und Prüfen im Materialinneren

Recycling schwarzer Kunststoffe – blackValue

Materialerkennende Sortiersysteme für das Kunststoffrecycling müssen in der Lage sein, Stoffsorten unabhängig von verwendeten Additiven korrekt zu klassifizieren. Für das Wiederverwenden der zurücklaufenden Kunststoffe ist eine hohe Reinheit der einzelnen Kunststoffarten notwendig. Die Sortierung schwarzer Kunststoffe oder von Verbundstoffen ist auf Grund des hohen spezifischen Absorptionsverhaltens derzeit verfügbarer Sensorsysteme jedoch nicht zufriedenstellend möglich. Im Forschungsprojekt blackValue arbeiten daher die Fraunhofer-Institute FHR, IOSB und IAIS zusammen, um ein auf einer multispektralen Terahertz-Zeilenkamera basierendes, echtzeitfähiges Sensor- und Auswertesystem zur Materialbestimmung von Kunststoffen zu entwickeln, mit dem insbesondere die Wiederverwertung von kleinfraktioniertem Kunststoff aus Elektroaltgeräten sowie von schwarzen Kunststoffen aus Fahrzeugen möglich sein soll.

Aussteller: Fraunhofer FHR, Wachtberg; Fraunhofer IOSB, Karlsruhe und Fraunhofer IAIS, Sankt Augustin

System blackValue mit schwarzen Kunststoffteilen auf dem Förderband
© Fraunhofer IAIS

System blackValue mit schwarzen Kunststoffteilen auf dem Förderband

Inline Schichtdickenmesssystem mit Terahertz

Das Fraunhofer IPM hat ein berührungslos und zerstörungsfrei arbeitendes Inline Schichtdickenmesssystem zur Prüfung von verschieden beschichteten Objekten entwickelt. Mit der eingesetzten Terahertz-Kurzpulstechnik ist es möglich, sowohl Einzelschichten innerhalb eines Mehrschichtsystems als auch nicht metallische Beschichtungen auf beliebigen Substraten zu erfassen. Als optisches Verfahren kann eine Messung auf ebenen und gekrümmten Oberflächen sowie an feuchten, klebrigen und trockenen Beschichtungen durchgeführt werden.

Aussteller: Fraunhofer IPM, Kaiserslautern

Schichtdickenmessung in der Automobilherstellung
© Copyright BMW Group

Schichtdickenmessung in der Automobilherstellung

Anwendungsbeispiele für die zerstörungsfreie Röntgenprüfung in der Automobilindustrie

Das Fraunhofer EZRT stellt auf der Control 2014 anhand eines (Crash-) Fahrzeugs sein komplettes Spektrum zerstörungsfreier Mess- und Prüftechniken mittels Röntgen vor. Es werden einerseits Methoden für die Prüfung einzelner Bauteile vorgestellt, wie z. B. die Defekterkennung an Leichtmetall-Gussrädern. Zum anderen lassen sich auch bereits im Fahrzeug verbaute Elemente messen und prüfen. Zudem bietet das Fraunhofer EZRT Techniken an, mit denen Crash-Analysen von ganzen Fahrzeugen möglich sind.

Aussteller: Fraunhofer EZRT, Fürth

Control 2014 Fahrzeugkontrolle
© Fraunhofer EZRT

Control 2014 Fahrzeugkontrolle

Strahlungsstabile Röntgendetektoren für industrielle Anwendungen

Die konstant hohe Bildqualität und Lebensdauer der am Fraunhofer EZRT entwickelten digitalen Röntgendetektoren XEye und XScan sichert über Jahre hinweg ein zuverlässiges Ergebnis in der industriellen Röntgenprüfung. Große Abbildungsflächen und anwendungsspezifische Detektorformate mit Pixelgrößen ab 100 µm sind durch ein modulares Konzept realisierbar. Die Röntgendetektoren sind sowohl als Flächen- als auch als Zeilensensoren einsetzbar und bieten hohe Bildwiederholraten respektive Zeilentakt. Beispiele realisierter Applikationen finden sich in der Prüfung von Schweißnähten, sicherheitsrelevanten Fahrwerksgussteilen und Leichtmetallrädern sowie in der Inline-Computertomographie, der Lötstelleninspektion von elektronischen Baugruppen und der Detektion von Fremdkörpern in Lebensmitteln.

Aussteller: Fraunhofer EZRT, Fürth

XEye 4020, XEye2020, XEyeS
© Fraunhofer EZRT

XEye 4020, XEye2020, XEyeS

Thermographische Rissprüfung

Das am Fraunhofer IZFP entwickelte System ermöglicht die schnelle und berührungsfreie Prüfung von elektrisch leitenden Werkstoffen auf Oberflächenrisse durch Induktions-Thermographie. Beispielanwendungen sind die Prüfung von geschmiedeten Stahlbauteilen, Kohlefaser-Verbundwerkstoffen oder Solarzellen. Das System ist generell für den Einsatz in der Automobil- und Zulieferindustrie, der Luftfahrtindustrie oder der Halbleiterherstellung geeignet.

Aussteller: Fraunhofer IZFP, Saarbrücken

Induktions-Thermographie
© Fraunhofer IZFP

Induktions-Thermographie

Zerstörungsfreie Werkstoffcharakterisierung

Mobiles Prüfsystem zur zerstörungsfreien mikromagnetischen Materialcharakterisierung

Am Fraunhofer IZFP wurde das mobile Prüfsystem MikroMach entwickelt, mit dem die zerstörungsfreie Charakterisierung mikromagnetischer Werkstoffe möglich wird. Materialeigenschaften wie Härte, Zugfestigkeit, Eigenspannung usw., die sich bisher meist nur zerstörend (z. B. durch Zugversuche, im Schliffbild, über Härteeindrücke usw.) bestimmen lassen, können durch das magnetische Werkstoffverhalten nun zerstörungsfrei abgebildet werden. Die Haupteinsatzbereiche für das neue Prüfsystem liegen in den Bereichen Automobil, Stahlverarbeitung und -herstellung, Windenergie oder der Kraftwerkstechnologie.

Aussteller: Fraunhofer IZFP, Saarbrücken

Prüfgerät MikroMach
© Fraunhofer IZFP

Prüfgerät MikroMach

Wichtige Daten

Messe Control 2014  
Datum 6. - 9. Mai 2014  
Ort Messe Stuttgart  
Stand Halle 1, 1502