Die Fraunhofer-Allianz Vision präsentiert auf der Control 2016 in Stuttgart (Halle 1, Stand 1502) eine Auswahl aktueller Mess- und Prüfsysteme mit Bildverarbeitung für die Qualitätssicherung in der Produktion.

Nachhaltiges Produzieren in Kreisläufen durch industrielle Bildverarbeitung

Die nachhaltige Verbesserung der Energie- und Ressourceneffizienz und die Schaffung werterhaltender Materialkreisläufe sind wichtige Wegbereiter für die Produktion von morgen. Industrielle Bildverarbeitung und optische Mess- und Prüftechnik nehmen in diesem Zusammenhang eine Schlüsselrolle ein, um Herstellungsprozesse zu optimieren, die Ausbeute zu steigern und Umweltbeeinträchtigungen zu reduzieren.

Berührungslos arbeitende Multisensor-Architekturen unterstützten dabei die Entwicklung und Erprobung maßgeschneiderter Werkstoffe, dienen der Absicherung und Objektivierung von Produktionsabläufen und ermöglichen schnelle Qualitätsregelkreise über alle Wertschöpfungsstufen im Materialzyklus, von der Rohstoffgewinnung bis zum stofflichen Recycling.

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 rechtzeitig zu reagieren. Auf diese Weise lassen sich Abläufe effektiv und verschwendungsarm gestalten, Produkt- und Prozessqualität steigern und Herstellkosten kontinuierlich senken.
• Mithilfe neuartiger Multisensor-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.
• Daneben übernehmen Bildverarbeitungssysteme zunehmend prozesssteuernde Aufgaben und dienen mit vielen einzelnen Abfragen je Produktionsschritt der Beherrschung, Transparenz und Absicherung von Fertigungstechnologien.

Am Fraunhofer Vision-Stand bei der Control 2016 werden die Kompetenze der Fraunhofer Vision-Institute im Hinblick auf das Thema »Nachhaltiges Produzieren in Kreisläufen durch industrielle Bildverarbeitung« anhand mehrerer Exponate beispielhaft für einige Anwendungsfelder demonstriert.

Oberflächenprüfung und optische 3D-Messtechnik

Individuelle Rückverfolgbarkeit von Halbzeugen – für eine bessere Qualitätskontrolle

Langlebigkeit und Funktionsfähigkeit komplexer Industrieprodukte hängen von der Qualität jedes einzelnen darin verbauten Halbzeugs ab. Ein einziger fehlerhafter, nur wenige Cent teurer Stecker kann zum Ausfall eines teuren Gesamtsystems führen. Wiederkehrende Produktionsfehler bei solchen Massenbauteilen sind nur vermeidbar, wenn sie sich auf Ursachen im Produktionsprozess zurückführen lassen. Angesichts immer komplexerer Fertigungsstrukturen ist eine individuelle Rückverfolgbarkeit von Massenbauteilen unabdinglich für eine 100-Prozent-Qualitätskontrolle. Das »Tracking & Tracing« der Bauteile sollte sehr preiswert und idealerweise markierungsfrei sein. Fraunhofer IPM stellt ein neuartiges markierungsfreies optisches Verfahren zur Rückverfolgung von Massenbauteilen anhand ihrer Oberflächenstruktur vor, das für eine große Bandbreite an Materialien geeignet ist.

Aussteller: Fraunhofer IPM, Freiburg

Bildgebende Oberflächeninspektion: Verschmutzungen und Defekte inline erkennen

Hauchdünne filmische Verschmutzungen und gleichzeitig Kratzer oder Pindefekte zuverlässig inline detektieren – das fällt Inspektionssystemen aufgrund der unterschiedlichen Merkmalsausprägung sehr schwer. Fraunhofer IPM hat nun jedoch ein Inspektionssystem entwickelt, das die Oberfläche von Bauteilen sowohl auf Verschmutzungen als auch auf Oberflächendefekte vollständig inspizieren und die Ergebnisse bildgebend darstellen kann. Zu diesem Zweck wurden zwei unterschiedliche Methoden – die Dunkelfeldbeleuchtung und die Fluoreszenzmesstechnik – in ein einziges Inspektionssystem integriert. So können alle qualitätsrelevanten Oberflächenparameter von Bauteilen und Halbzeugen mit minimalem Integrationsaufwand direkt in der Produktion überwacht werden – z. B. im Automotivebereich, in der Medizintechnik und im Anlagenbau, aber auch bei Rolle-zu-Rolle Prozessen.

Aussteller: Fraunhofer IPM, Freiburg

Robotergestützte Oberflächeninspektion von industriellen Bauteilen

Das Fraunhofer ITWM 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 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

Goboprojektion für Hochgeschwindigkeits-3D-Messungen

Das Fraunhofer IOF hat ein 3D-Messsystem entwickelt, das in der Lage ist, durch das innovative Projektionsprinzip der Goboprojektion eine extreme Steigerung der Aufnahmerate zu realisieren. Über 5.500 voneinander unabhängige 3D-Datensätze der Objektoberfläche pro Sekunde können erstmals mit jeweils mehr als 250.000 Messpunkten durch das System rekonstruiert werden. Bei einer 3D-Rate von 1.300 Datensätzen pro Sekunde können in jeder Einzelaufnahme 1 Mio. Oberflächenpunkte vermessen werden. Einsatzbereiche solcher Hochgeschwindigkeits-3D-Messsysteme finden sich in Produktionslinien zur Inline-Qualitätssicherung bei hohen Taktzahlen, in der der Bewegungsanalyse in der medizinischen Forschung oder Sportwissenschaft oder bei der Vermessung von Großobjekten wie Flugzeugtragflächen, Schiffen oder Rotorblättern von Windkraftanlagen.

Aussteller: Fraunhofer IOF, Jena

Kombinierter optischer Sensor zur simultanen Erfassung der 3D-Geometrie und Oberflächenrauheit

Am Fraunhofer IOF wurde ein neuer Sensor entwickelt, mit dem erstmals die gleichzeitige und berührungslose Erfassung von Form und Rauheit auch an Messobjekten mit technisch rauen Oberflächen gelingt. Zudem erlaubt die kompakte Bauform die Integration des Sensors direkt in Produktionsprozesse.

Aussteller: Fraunhofer IOF, Jena

Hochpräzise Entfernungsmessung mit Radar

Das Fraunhofer FHR hat eine Radartechnik entwickelt, die mittels eines Radarsensors in SiGe-Technologie Entfernungsmessungen im µm-Bereich möglich macht. Hauptsächlich entwickelt für den Einsatz in der Stahlindustrie können die Radarsensoren überall da in der Fertigung oder Produktkontrolle eingesetzt werden, wo Prozesse mittels zerstörungsfreier Prüfung verbessert und aufwändige Schutzmaßnahmen wie beispielsweise bei der Röntgenprüfung umgangen werden sollen. Zudem liefern die Radarsensoren auch in rauen Umgebungen, die Charakteristiken wie Wärme, Feuchtigkeit und Staub aufweisen, zuverlässige Ergebnisse.

Aussteller: Fraunhofer FHR, Wachtberg

Hochdurchsatz-Mikroskopiesystem zur automatisierten Qualitätskontrolle

Das Fraunhofer IPT hat ein Hochdurchsatz-Mikroskopiesystem zur automatisierten Qualitätskontrolle entwickelt, mit dem insbesondere im Bereich der Halbleiter- und Elektronikindustrie Objekte bis zu einer Fläche von 600 x 600 mm² in Sekundenschnelle mikroskopiert werden können. Das neue System basiert auf einem kontinuierlichen Scanverfahren, bei dem die Probe aus der Bewegung heraus digitalisiert wird und der Fokus kontinuierlich über Hardware-Autofokussysteme nachgeregelt wird. Somit gelingt erstmals eine mikroskopische 100-Prozent-Prüfung, die mit dem Takt der industriellen Fertigung schritthalten kann.

Aussteller: Fraunhofer IPT, Aachen

Qualitätsgesteuerte Produktion durch Inline-3D-Messtechnik

Am Fraunhofer IFF werden optische Inline 3D-Messsysteme auf Basis des Technologiebaukastens OptoInspect3D entwickelt, die zur Umsetzung einer qualitätsgesteuerten Produktion im Rahmen von Industrie 4.0 beitragen. Industrie 4.0 steht für eine flexible, intelligente und vernetzte Produktion. In der »Smart Factory« sind Sensoren und Messsysteme ein zentraler »Informationslieferant« für die Erfassung von Prozessgrößen und der Produktqualität. Durch den Einsatz fertigungsintegrierter optischer 3D-Messsysteme wird es möglich, qualitätsbestimmende Produktmerkmale und kritische Prozesse umfassend und direkt zu überwachen. Eine unmittelbare Rückkopplung verhindert teure Ausschusskosten, fehlerhafte Bauteile und ermöglicht eine hohe Ressourceneffizienz in allen Bereichen.

Aussteller: Fraunhofer IFF, Magdeburg

PuritySurf - System zur Inspektion von Oberflächen auf Reflektanz- oder Beschichtungsfehler im Durchlauf

Am Fraunhofer IOSB wurde ein Prüfsystem entwickelt, das mittels bildgebender Ellipsometrie die optischen Eigenschaften von Oberflächen und Beschichtungen inline in Fertigungsprozessen bestimmen kann. Im Durchlauf scannt das System die Oberfläche des Prüflings mit einem Laserstrahl. Für jeden Punkt der Oberfläche werden die Polarisationsänderungen des reflektierten Lichts gemessen und daraus die optischen Eigenschaften bestimmt. Zum Einsatz kommen kann das Prüfsystem bei der Inspektion polierter und lackierter Metall- bzw. Kunststoffoberflächen oder funktionaler Schichten aus den Bereichen Automobil, Mikroelektronik und Sanitär, wobei die Oberflächen vollständig auf kosmetische, Material- oder Beschichtungsfehler geprüft werden können.

Aussteller: Fraunhofer IOSB, Karlsruhe

Interferometrischer Sensor »bd-2« für Dickenmessungen an Papier

Das Fraunhofer ILT stellt den interferometrischen Dickensensor »bd 2« vor, mit dem die geometrische Dicke von Papier und Karton mit Sub-Mikrometer-Genauigkeit absolut gemessen werden kann. 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 bis zu 70 kHz und eine Messgenauigkeit von besser als 200 nm in einem zulässigen Schwärmbereich von 8 mm. Dabei beträgt der Arbeitsabstand bei einer zweiseitigen Dickenmessung typischerweise 100 mm nach oben und 100 mm nach unten. Durch diesen großen Arbeitsabstand ist der Sensor für den Inline-Einsatz in der Produktion geeignet.

Aussteller: Fraunhofer ILT, Aachen

Interferometrischer Sensor »bd 1« zur Vermessung von Wellen

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. Das bedeutet, dass Hin- und Rückstrahl entlang derselben Linie verlaufen. Besondere Leistungsmerkmale sind die Messfrequenz von bis zu 70 kHz und eine Messgenauigkeit von besser als 200 nm in einem Bereich von 8 mm; der Arbeitsabstand beträgt typischerweise 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

Messen und Prüfen unterhalb der Oberfläche

Polarisationskamera für die Inspektion von CFK-Gewebe

Die am Fraunhofer IIS entwickelte Polarisationskamera POLKA ist eine Spezialkamera zur pixelweisen Erfassung und Messung des Polarisationszustands von Licht, mit der Kohlefaserverbundwerkstoffe bereits während der Produktion geprüft werden können. Geprüft wird die Faserrichtung, die maßgeblich für die spätere Zugfestigkeit der CFK-Bauteile ist. Zugrunde liegt der physikalische Effekt, dass einfallendes, unpolarisiertes Licht von Kohlefasern linear polarisiert wird, wobei die Polarisationsrichtung abhängig von der Faserrichtung ist. Weitere Einsatzmöglichkeiten der Polarisationskamera liegen in der Prüfung von Glas, im Recycling oder in der Werkstoffprüfung.

Aussteller: Fraunhofer IIS, Erlangen

Prüfung von ferromagnetischen Bauteilen: Prozessintegriert, zuverlässig und sekundenschnell

Das Fraunhofer IZFP stellt ein neues System zur zerstörungsfreien Prüfung ferromagnetischer Bauteile basierend auf der 3MA-Prüftechnologie vor, mit dem aus höchstfesten Stählen hergestellte Verstärkungselemente, z.B. die B-Säule eines Autos, schnell zerstörungsfrei untersucht werden können. Ermittelt werden die zur Beurteilung der Qualität notwendigen mechanischen Eigenschaften wie Härte, Streckgrenze und Diffusionsschichtdicke. Generelle Einsatzgebiete der 3MA-Prüftechnologie sind die Überwachung und Prüfung von Fertigungsprozessen und Produkten beim Presshärten, der Ventilfederherstellung sowie der Bandstahlherstellung. Im Fokus stehen vor allem fertigungstechnische Prozesse in der Automobilindustrie, bei der Stahlerzeugung und im Maschinen- und Anlagenbau.

Aussteller: Fraunhofer IZFP, Saarbrücken

Automatisierte Ultraschallprüfung mit PCUS®pro Array II

Das Fraunhofer IKTS entwickelt anwendungsspezifische Lösungen für die Ultraschallprüfung. Die Geräte der PCUS®pro-Familie reichen vom einfachen Handprüfsystem bis hin zu Systemen für die vollautomatisierte Ultraschallprüfung. Auf der Control 2016 wird die komplette Gerätefamilie vorgestellt. Das Highlight ist die Vorstellung der PCUS®pro Array II (128:128), eine Neuentwicklung auf Basis der PCUS®pro Array-Elektronik für besonders schnelle, automatisierte Phased-Array-Prüfungen. Durch das vollständig parallele Design und die USB 3.0-Schnittstelle können höchste Taktraten erreicht werden. Der bipolare Sendeimpuls sorgt für ein weiter verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis. Die PCUS®pro Array II ist konzipiert für die Anforderungen der automatisierten Prüfung in den Bereichen der Metallverarbeitung, Bahn, Automobil, Kraftwerk oder auch Windkraft.

Aussteller: Fraunhofer IKTS, Dresden

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

Geometrierückgewinnung aus XXL-CT-Scans

Am Fraunhofer EZRT steht ein Hochenergie-XXL-Computertomograph zur Untersuchung sehr großer Objekte, wie PKW, Flugzeugteile oder Frachtcontainer zur Verfügung. Häufig wünscht der Anwender jedoch zusätzlich eine Rückführung der CT-Voxeldaten auf die geometrischen Formen der einzelnen Komponenten, um beispielsweise bei Crashversuchen Rückschlüsse auf die Deformation der belasteten Bauteile zu ziehen oder diese mit der geplanten Belastung abzugleichen. Am Fraunhofer EZRT werden daher Werkzeuge und Arbeitsabläufe entwickelt, mit denen der dafür notwendige Aufwand auf wenige Minuten reduziert werden kann und ein hochwertiges Ergebnis in Form von Information über die Form und Verformung des gesuchten Bauteils zur Verfügung steht.

Aussteller: Fraunhofer EZRT, Fürth

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

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 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.

Aussteller: Fraunhofer CTMT, Deggendorf

Strahlungsstabile Röntgenkamera XEye 5030 liefert erstmals Röntgenaufnahmen mit 60 Megapixel Auflösung

Das Fraunhofer EZRT stellt bei der Control 2016 mit der XEye 5030 die neueste Entwicklung der XEye-Röntgenkameras vor, die in der Lage ist, Röntgenbilder mit 60 Millionen Pixel aufzunehmen. Ein solch hoher Detailgrad ist erstmals möglich, weil die Röntgenkamera mit einer Pixelgröße von 50 Mikrometern betrieben wird und eine aktive Aufnahmefläche von 50 x 30 Quadratzentimetern hat. Durch die Kombination aus großer Detektorfläche und gleichzeitig hoher Auflösung können neue Anwendungsgebiete für Röntgenprüfsysteme erschlossen werden. Den Röntgendetektoren der XEye-Reihe liegt ein patentiertes Strahlenschutzkonzept zugrunde, das sämtliche elektronische und optische Komponenten vor Röntgenstrahlung bis mindestens 225 kV Röhrenspannung abschirmt, woraus eine konstant hohe Bildqualität und eine lange Lebensdauer gesichert werden.

Aussteller: Fraunhofer EZRT, Fürth