Control 2015

Industrielle Bildverarbeitung Schlüsseltechnologie für Industrie 4.0

Fraunhofer Vision auf der Control 2015

Die Fraunhofer-Allianz Vision präsentiert auf der Control 2015 in Stuttgart (Halle 1, Stand 1502) eine Auswahl aktueller Mess- und Prüfsysteme mit Bildverarbeitung für die Qualitätssicherung in der Produktion.

Themenschwerpunkt: Industrielle Bildverarbeitung Schlüsseltechnologie für Industrie 4.0

Die industrielle Qualitätssicherung der Zukunft erfordert fertigungsintegrierte Mess- und Prüftechnik, die ihre Informationen in Echtzeit allen in der Wertschöpfungskette vernetzten Instanzen bereitstellt. Industrieller Bildverarbeitung kommt als Enabler-Technologie und Wegbereiter für Industrie 4.0 hierbei eine Schlüsselrolle zu. Berührungslos arbeitende Multisensor-Architekturen machen es heute möglich, alle qualitätsbestimmenden Produktmerkmale möglichst frühzeitig, umfassend und taktgebunden zu überwachen. Daneben übernehmen direkt in der Linie eingesetzte Systeme zunehmend prozesssteuernde Aufgaben und dienen mit vielen einzelnen Abfragen je Herstellungsschritt der Beherrschung, Absicherung und Regelung von Produktionsabläufen in Abhängigkeit der rückgeführten Echtzeitdaten.

 

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

  • Der fertigungsnahe Einsatz berührungsloser Mess- und Prüftechnik erlaubt, Qualitätsabweichungen bereits bei ihrer Entstehung zu erkennen und so auf Veränderungen im Prozessablauf rechtzeitig zu reagieren.
  • Mithilfe multimodaler Sensor-Technologien können komplexe Mess- und Prüfaufgaben technisch robuster und einfacher gelöst werden. Der Spektralbereich der eingesetzten Sensoren wird dabei immer größer und die Kombination unterschiedlicher Sensortypen vielfältiger.
  • Industrieller Bildverarbeitung kommt als Enabler-Technologie und Wegbereiter für Industrie 4.0 eine Schlüsselrolle zu. Auf diese Weise lassen sich Abläufe effektiv und verschwendungsarm gestalten, Produkt- und Prozessqualität steigern und Herstellkosten kontinuierlich senken.

Am Fraunhofer Vision-Stand bei der Control 2015 werden die Kompetenzen der Fraunhofer Vision-Institute im Hinblick auf das Thema »Industrie 4.0« anhand mehrerer Exponate beispielhaft für einige Anwendungsfelder demonstriert.

 

Oberflächenprüfung und optische 3D-Messtechnik

Vollautomatische Inspektion und Vermessung von Blisks (Blade Integrated Disks)

Das Fraunhofer ITWM stellt die im Rahmen des europäischen Forschungsprogramms Clean Sky zusammen mit den Partnern Hexagon Metrology GmbH und Hexagon Technology Center GmbH entwickelte, integrierte und vollautomatische Lösung zur Oberflächeninspektion und Vermessung von Blisks (Blade Integrated Disks) vor. Diese für den Bereich von komplex geformten Blisks neuartige Technologie kombiniert eine 3D-Koordinatenmessung mit der Prüfung der vollständigen Oberfläche der Blisks sowie der anschließenden Vermessung und quantitativen Beschreibung der Defekte.

Fraunhofer ITWM, Kaiserslautern
Hexagon Metrology GmbH, Wetzlar

Prototypische Inspektion der Oberfläche einer Blisk (Blade Integrated Disk) mit zwei Kameras und drei Beleuchtungen.
© Fraunhofer ITWM

Prototypische Inspektion der Oberfläche einer Blisk (Blade Integrated Disk) mit zwei Kameras und drei Beleuchtungen.

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.

Fraunhofer ITWM, Kaiserslautern

Detektion von Schlagstellen
© Fraunhofer ITWM

Detektion von Schlagstellen

Ultraschnelle 3D-Messtechnik mittels Array-Projektion

Am Fraunhofer IOF in Jena wurde ein neues Messsystem entwickelt, dessen Herzstück ein ultraschneller Array-Projektor ist und das dadurch mehr als 300 3D-Bilder pro Sekunde aufnehmen kann. Damit kann die Oberflächenform komplexer Bauteile berührungslos und mit hoher Genauigkeit gemessen werden und die Inline-Qualitätssicherung in vielen Bereichen der industriellen Produktion erheblich beschleunigt werden. Am Messestand bei der Control wird die Hochgeschwindigkeits-3D-Vermessung am Beispiel schnell bewegter Objekte demonstriert.

Fraunhofer IOF, Jena

Frontansicht des Array-Projektors
© Fraunhofer IOF

Frontansicht des Array-Projektors

Fertigungsintegrierte 3D-Messtechnik mit cyber-physischen Prüfsystemen

Die taktgebundene Inline-Prozessüberwachung und -Qualitätsprüfung stellt eine zentrale Instanz zukünftiger Industrie 4.0-tauglicher Produktionssysteme dar. Fertigungsintegrierte 3D-Messtechnologien ermöglichen die umfassende und direkte Überwachung qualitätsbestimmender Produktmerkmale und kritischer Prozesse. Die unmittelbare Rückkopplung verhindert fehlerhafte Bauteile und hohe Ausschusskosten und ermöglicht damit eine hohe Ressourceneffizienz in allen Bereichen. Vorgestellt werden die Möglichkeiten der optischen Mess- und Prüftechnologie vom Fraunhofer IFF am Beispiel der 3D-Geometrieprüfung von Aluminiumrädern.

Fraunhofer IFF, Magdeburg

Aufgabenspezifischer Lichtschnittsensor als CAD-Modell
© Fraunhofer IFF

Aufgabenspezifischer Lichtschnittsensor als CAD-Modell

Schnelle und hochgenaue 3D-Objektvermessung in der Produktion

Fraunhofer IPM stellt ein optisches System zur 3D-Inline-Vermessung vor, das anwendungsoptimiert kontaktlos, hochpräzise und schnell Oberflächen von Bauteilen vermisst. Dabei stellt es die Topographie rauer Objektoberflächen mit interferometrischer Genauigkeit dar. Möglich wird dies durch den Einsatz der digitalen Mehrwellenlängen-Holographie. Das Messsystem ist so schnell und robust, dass es in Produktionsanlagen integriert werden kann. Mit bis zu 4 Bauteilen pro Sekunde inklusive Auswertung können diese auf sub-µm Genauigkeit vermessen werden.

Fraunhofer IPM, Freiburg

Beispielmessung an einem Ballgridarray.
© Fraunhofer IPM

Beispielmessung an einem Ballgridarray.

Bildgebende Inline-Detektion von Restverschmutzungen

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 momentan verfügbare Version des Systems erlaubt die Untersuchung von 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. Erfasst werden können kleinste Restverschmutzungen von bis zu 1 µg pro Quadratzentimeter.

Fraunhofer IPM, Freiburg

Ein bildgebendes Fluoreszenz-Messsystem von Fraunhofer IPM kann selbst große Bauteiloberflächen direkt in der Produktionslinie auf kleinste Verunreinigungen inspizieren.
© Fraunhofer IPM

Ein bildgebendes Fluoreszenz-Messsystem von Fraunhofer IPM kann selbst große Bauteiloberflächen direkt in der Produktionslinie auf kleinste Verunreinigungen wie z. B. Ölrückstände inspizieren.

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.

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.

System zur Inspektion von Oberflächen mit Deflektometrie im Durchlauf

Am Fraunhofer IOSB wird das Verfahren der Deflektometrie 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, Größe und Ausprägung von ästhetischen Defekten sowie Geometriedaten für den Einsatz bei fertigungsmesstechnischen Fragestellungen. Mögliche Einsatzbereiche für das Verfahren finden sich in der Automobil- und Zulieferindustrie, der Blech- und Kunststoffverarbeitung oder Objektveredelung und beschichtung.

Fraunhofer IOSB, Karlsruhe

Deflektometrie im infraroten Spektralbereich
© Fraunhofer IOSB

Deflektometrie im infraroten Spektralbereich

CCT-Sensor für inlinefähige, konfokale 3D-Messtechnik für spiegelnde und diffuse Oberflächen

Das Fraunhofer IOSB zeigt einen inlinefähigen 3D-Sensor zur Messung der Topographie von Oberflächen, dessen besondere Eigenschaft es ist, dass sowohl perfekt spiegelnde als auch diffuse, z.B. raue, Oberflächen vermessen werden können. Gerade leicht glänzende Oberflächen, deren Eigenschaften also zwischen spiegelnd und matt liegen, sind besonders relevant in der metallverarbeitenden Industrie. Der Sensor kombiniert das chromatische, konfokale Messprinzip mit dem der Triangulation und ist durch seine hohe Messgeschwindigkeit besonders für den Einsatz in der Inline-Produktionsüberwachung geeignet.

Fraunhofer IOSB, Karlsruhe

Detailaufnahme der Optik samt Kamera mit Hochgeschwindigkeitskamera
© Fraunhofer IOSB

Detailaufnahme der Optik samt Kamera. Das rechte Objektiv dient zur Beleuchtung. An das linke Objektiv ist eine Hochgeschwindigkeitskamera angeschlossen, die als Zeilenkamera verwendet wird.

System zur radarbasierten Entfernungsmessung mit µm-Auflösung

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.

 

Fraunhofer FHR, Wachtberg

Control 2015 Radarsensoren Abstands- und Breitenmessung
© Fraunhofer FHR

Control 2015 Radarsensoren Abstands- und Breitenmessung

Messen und Prüfen unterhalb der Oberfläche

Polarisationskamera für die Inline-Prüfung von Glasbehältern

Der am Fraunhofer IIS entwickelte Prototyp der Polarisationskamera POLKA ist eine Spezialkamera zur pixelweisen Erfassung und Messung des Polarisationszustands von Licht. Die POLKA kann zum Beispiel zur Inline-Prüfung von Glasbehältern eingesetzt werden. Bei der Control 2015 wird am Beispiel der Bodenprüfung von Flaschen gezeigt, wie durch eine Echtzeitmessung der Restspannung Stück für Stück im Takt der Produktionsmaschinen kontrolliert werden kann.

Fraunhofer IIS, Erlangen

Benutzeroberfläche mit Ergebnisbildern
© Fraunhofer IIS, Erlangen, Glaswerk Ernstthal GmbH

Benutzeroberfläche mit Ergebnisbildern

Schnelle Inspektion ferromagnetischer Werkstoffe mit magnetischem Streufluss

Sie sind mit dem bloßen Auge fast nicht sichtbar, trotzdem können winzige Risse oder Fehler insbesondere in sicherheitskritischen Bereichen fatale Folgen haben. Diese Fehler können mithilfe der magnetischen Streuflussprüfung zerstörungsfrei visualisiert werden. Am Fraunhofer IZFP wurde nun dafür das mobile, kabellose Handprüfgerät FLUXI entwickelt, mit dem in ferromagnetischen Werkstoffen oberflächennahe Fehler detektiert werden können. Durch den hohen Miniaturisierungsgrad der Gerätetechnik können auch schwer zugängliche Bauteilbereiche einer magnetischen Streuflussprüfung unterzogen werden.

Fraunhofer IZFP, Saarbrücken

Platine und die Sensorzeile des Prüfgerätes.
© Fraunhofer IZFP

Platine und die Sensorzeile des Prüfgerätes.

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.

Fraunhofer IPM, Kaiserslautern

Schichtdickenmessung in der Automobilherstellung
© BMW Group

Schichtdickenmessung in der Automobilherstellung

Robotergestützte Highspeed Inline-Röntgenprüfanlage für kleine bis mittelgroße Gussbauteile

Neben einer ausgeprägten Automatisierung in der Industrie gewinnt die Entwicklung intelligenter Monitoring- und autonomer Entscheidungsprozesse immer mehr an Bedeutung. Die robotergestützte Inline-Computertomographie ermöglicht eine vollständige, dreidimensionale Erfassung eines Prüfobjekts innerhalb der Produktionslinie. So können exakte 3D-Informationen über Größe und Lage von Defekten sowie die Form innenliegender Strukturen gesammelt werden. Auf diesem Wege lassen sich Defekte bzw. Fehlstellen eindeutig lokalisieren.

Fraunhofer EZRT, Fürth

Röntgen-Computertomographie eines Kolbens
© Fraunhofer EZRT

Röntgen-Computertomographie eines Kolbens

CTportable - Computertomographie immer und überall

In der Röntgentechnik finden zumeist große und stationäre Computertomographen Verwendung. Aufgrund der fehlenden Mobilität sind Messungen daher nur am jeweiligen Anlagenstandort möglich. Die am Fraunhofer EZRT entwickelte CTportable ist derzeit der kleinste tragbare Computertomograph weltweit. Dank des geringen Gewichts und der kompakten Größe können die Messungen an wechselnden Standorten durchgeführt werden, so auch auf dem Gemeinschaftsstand der Fraunhofer-Allianz Vision auf der Control 2015. Besucher haben die Möglichkeit, Messungen vor Ort durchführen zu lassen.

Fraunhofer EZRT, Fürth

CTPortable
© Fraunhofer EZRT

CTPortable

Industrielle Röntgentechnik zum Anfassen

Das Fraunhofer EZRT präsentiert anhand von Modellen, die auf Basis von 3D-CT-Rekonstruktionsdaten mittels eines 3D-Druckers hergestellt wurden, wie die zerstörungsfreie Prüfung mit Röntgen sinnvoll im Unternehmen eingesetzt werden kann. Das Anwendungsspektrum erstreckt sich von Fehlstellen an ganzen Fahrzeugen bis zu mikroskopisch kleinen Defekten in Materialproben.

Fraunhofer EZRT, Fürth

Lagen in CFK-Teilen können mit Röntgen-CT sichtbar gemacht werden.
© Fraunhofer EZRT

Lagen in CFK-Teilen können mit Röntgen-CT sichtbar gemacht werden.

Zugvorrichtung für dimensionelles Messen und Materialprüfung an belasteten Bauteilen

Materialwissenschaft, Werkstofftechnik, Verbindungstechnik und viele weitere Bereiche profitieren von der Möglichkeit, Bauteile und Proben in Echtzeit unter Krafteinwirkung zu analysieren. Bei gängigen CT-Systemen muss das Objekt dazu von allen Seiten durchstrahlt werden. Beim Einsatz von herkömmlichen Zug-Druck-Geräten ist dies nicht möglich, da sich bei der Durchstrahlung bei einigen Winkelschritten sehr massive Komponenten des Zug-Druck-Geräts im Strahlengang befinden und die Röntgenprojektionsbilder dadurch erheblich gestört werden. Am Fraunhofer Anwendungszentrum CTMT in Deggendorf wurde nun eine auf diese Anforderungen der CT-Messtechnik zugeschnittene, portable Zug-Druck-Vorrichtung realisiert, mit deren Hilfe dimensionelle Veränderungen an den Bauteilproben ermittelt werden können, die durch die Einleitung von Kräften verursacht werden.

Fraunhofer-Anwendungszentrum CTMT, Deggendorf

Beispiel für die Untersuchung einer Probe aus Kunststoff
© Fraunhofer Anwendunszentrum CTMT

Beispiel für die Untersuchung einer Probe aus Kunststoff

Präzise Bauteilpositionierung bei CT-Messungen ohne zusätzliche Antriebe - Spider-Mover

Mit dem „Spider Mover“ hat das Fraunhofer Anwendungszentrum CTMT eine universelle Positioniereinheit für industrielle Computertomographen entwickelt, um das Prüfobjekt auf der Drehachse des Tomographen nachträglich zu zentrieren. Als Besonderheit wird diese vollständig von den im Gerät vorhandenen Achsen angetrieben. So ermöglicht sie eine Ausrichtung von Messobjekten in drei Freiheitsgraden. Da die zu durchstrahlende Länge eines Bauteils Einfluss auf die Bildqualität der CT-Messungen haben kann, steht zusätzlich ein Kippmechanismus zur Verfügung. Die Korrektur der Bauteillage auf der Drehachse kann der Bediener fortan von „außen“ vornehmen, ohne hierfür das Prüfobjekt aus dem Tomographen entnehmen zu müssen, was effizientere Arbeitsabläufe zur Folge hat.

Fraunhofer-Anwendungszentrum CTMT, Deggendorf

Detailansicht des 'Spider Mover'
© Fraunhofer Anwendungszentrum CTMT

Detailansicht des 'Spider Mover'

Strahlungsstabile Röntgendetektoren für industrielle Anwendungen

Die konstant hohe Bildqualität und die lange Lebensdauer des am Fraunhofer EZRT entwickelten digitalen Röntgendetektors XEye sichert über Jahre hinweg ein zuverlässiges Ergebnis in der industriellen Röntgenprüfung bis mindestens 225 kV Röhrenspannung. Ein Nachführen von Bildverarbeitungsparametern für die automatische Fehlerdetektion ist aufgrund der stabilen Bildqualität nicht länger erforderlich. Große Abbildungsflächen und anwendungsspezifische Detektorformate mit Pixelgrößen ab 50 µm sind durch ein modulares Konzept realisierbar. Die Röntgendetektoren sind sowohl als Flächen- als auch als Zeilensensoren einsetzbar und bieten hohe Bildwiederholrate bzw. Zeilentakt. Beispiele realisierter Applikationen finden sich im Zählen elektronischer Bauteile auf Gebinden, 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.

Fraunhofer EZRT, Fürth

Röntgenkamera XEye4020 bei der Prüfung von Rädern
© Kurt Fuchs, Fraunhofer EZRT

Röntgenkamera XEye4020 bei der Prüfung von Rädern

Vortragsforum Industrielle Röntgentechnik

Wie kann Röntgentechnik in einem modernen Unternehmen einen Beitrag leisten, um konkurrenzfähig zu wirtschaften oder gar einen Wettbewerbsvorteil zu generieren? Eine Frage, die beispielsweise Führungskräfte und Verantwortliche für Qualitätssicherung oft begleitet. Das Vortragsforum am Fraunhofer Vision-Stand wird in Form von kurzen Überblicksvorträgen das Spektrum der Röntgentechnik hinsichtlich effizienter Produktionsabläufe vorstellen.


Folgende Themen werden präsentiert:

  • In-situ-CT – Dimensionelles Messen und Materialprüfung an belasteten Bauteilen
  • Vollautomatische Röntgenprüfung in der intelligenten Fabrik
  • Industrielle Gantry-CT Lösungen
  • Höchstauflösende Computertomographie
  • InspeCT Portable – Mobile, flexible Computertomographie
  • XEye – Strahlenstabile Röntgenkamera für den industriellen 24-Stunden-Betrieb
  • Computersimulationen in der Röntgenbildgebung
  • Computerlaminographie mit Einbindung geometrischer a priori Information

 

Fraunhofer EZRT, Fürth

Wichtige Daten

Messe Control 2015  
Datum 5. - 8. Mai 2015  
Ort Messe Stuttgart  
Stand Halle 1, 1502