Inline Oberflächeninspektionssysteme und virtuelle Inspektionsplanung

Das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM, Kaiserslautern, stellt ein robotergestütztes Oberflächeninspektionssystem zur vollständigen Prüfung gedrehter und gefräster Metallteile vor. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der objektiven und vollständigen Erfassung und Bewertung der Oberfläche, unabhängig von der Oberflächentextur.

Das Besondere des ITWM-Exponats: Das System zeigt, wie die Herausforderung der Inspektion komplexer Metallobjekte gemeistert werden kann, sogar wenn nicht genügend Fehlerproben für das Training des maschinellen Lernens zur Verfügung stehen. Die Lösung basiert auf einer fotorealistischen Bildsimulation mit parametrischer Modellierung von Defekten und Oberflächentextur. Darüber hinaus wird die Positionierung des Roboters für eine vollständige Oberflächenprüfung mithilfe der virtuellen Prüfplanungssoftware V-POI sichergestellt.

Die vorgestellten Lösungskonzepte ermöglichen die Rissdetektion in Beton und die Inspektion von Metall-, Plastik- und Holzoberflächen sowie beliebiger anderer Oberflächenstrukturen. Dazu steht eine Vielzahl modularer Bildverarbeitungsalgorithmen auch der künstlichen Intelligenz (KI) und Systemkomponenten zur Verfügung. In umfangreichen Forschungs- und Entwicklungsprogrammen werden gemeinsam mit Industriepartnern und Forschungseinrichtungen Werkzeuge entwickelt, die den hohen Qualitäts- und Automatisierungsanforderungen der industriellen Welt genügen.

Bei der Herstellung von Produkten der verarbeitenden Industrie können an den einzelnen Teilen Oberflächenfehler entstehen, beispielsweise durch Werkzeugabnutzung, aber auch durch Materialfehler oder Ähnliches. Solche fehlerhaften Bauteile dürfen aus sicherheitstechnischen Gründen oder einfach aufgrund ästhetischer Überlegungen die Produktion nicht verlassen. Eine 100-Prozent-Kontrolle ist deswegen unumgänglich. 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 automatisiert ein Bauteil aufgrund des Vorwissens aus CAD-Daten vollständig 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 ein vollständiger Oberflächenscan unabhängig von Bauteilkomplexität nach einer bestimmten Anzahl von Bildaufnahmen gewährleistet werden kann. Messbereich und Länge der minimal notwendigen Scandauer können so beliebig an die Anforderungen der Inspektionsaufgabe angepasst werden.iches. Solche fehlerhaften Bauteile dürfen aus sicherheitstechnischen Gründen oder einfach aufgrund ästhetischer Überlegungen die Produktion nicht verlassen. Eine 100-Prozent-Kontrolle ist deswegen unumgänglich. Automatisierte Oberflächenprüfsysteme sind eine zuverlässige und objektive Methode, um die Qualität im Herstellungsprozess sicherzustellen.

CAD-Daten von Bauteilen mit komplexer Geometrie beinhalten wertvolle Informationen über die Orientierung und Krümmung der Bauteiloberfläche. Diese Informationen in Kombination mit einer fotorealistischen Defekt- und Textursimulation ermöglichen eine effiziente Berechnung des Bauteiles aus der Perspektive der Kamera. Damit ist es möglich, die Sichtbarkeit der Bauteilbereiche sowie die Defektidentifikation für eine bestimmte Kameraposition zu bestimmen.