Die Fraunhofer-Allianz Vision präsentiert auf der Control 2017 in Stuttgart (Halle 6, Stand 6302) eine Auswahl aktueller Mess- und Prüfsysteme mit Bildverarbeitung für die Qualitätssicherung in der Produktion.

Monitoring entlang des Produktlebenszyklus mit Bildverarbeitung

Im Rahmen einer intelligenten Produktion im Kontext von Industrie 4.0 kommt Konzepten zum »Produktionsmonitoring« eine bedeutende Rolle zu. Unverzichtbar als Informationsgeber in diesem Zusammenhang sind Systeme zur optischen Mess- und Prüftechnik und industriellen Bildverarbeitung. Gewissermaßen als die sensorischen Sinnesorgane einer durchgängig vernetzten Produktion stellen sie über alle Wertschöpfungsstufen nahezu in Echtzeit massenhaft Material-, Produkt- und Prozessdaten zur Verfügung. Durch Monitoring entlang des Produktlebenszyklus werden so wichtige Regelgrößen gewonnen, um Herstellungsprozesse zu optimieren, Abläufe effektiv und verschwendungsarm zu gestalten und Umweltbeeinträchtigungen zu reduzieren.

• 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 Produkt- und Prozessqualität steigern und  Herstellkosten kontinuierlich senken.
• Daneben übernehmen Bildverarbeitungssysteme zunehmend prozesssteuernde Aufgaben und dienen mit vielen einzelnen Abfragen je Produktionsschritt der Beherrschung, Transparenz und Absicherung von Fertigungstechnologien. Die Überwachung aller qualitätsbestimmenden Schritte entlang des Lebenszyklus von Produkten wird so möglich.
• Mithilfe neuartiger Multisensor-Technologien können komplexe Mess- und Prüfaufgaben technisch robuster, schneller und einfacher gelöst werden. Der Spektralbereich der bildgebenden Sensoren wird dabei immer größer und die Kombination unterschiedlicher Sensortypen vielfältiger. 

Am Fraunhofer Vision-Stand auf der Control 2017 werden die Kompetenzen der Fraunhofer Vision-Institute im Hinblick auf das Thema »Monitoring entlang des Produktlebenszyklus mit Bildverarbeitung« anhand mehrerer Exponate beispielhaft für einige Anwendungsfelder demonstriert.

Inspektion und Charakterisierung von Oberflächen

Markerfreie Rückverfolgung von Bauteilen (Track & Trace)

Wer Produktionsdaten auf ein individuelles Bauteil zurückführen oder die Echtheit einer Komponente überprüfen will, muss diese eindeutig identifizieren können. Fraunhofer IPM hat ein neuartiges Track & Trace-Verfahren entwickelt, das Massenbauteile ganz ohne zusätzliche Markierungen erkennt – allein anhand der individuellen Bauteiloberfläche.

Aussteller: Fraunhofer IPM, Freiburg

Fluoreszenzsysteme F-Scan und F-Cam zur Partikeldetektion und Messung filmischer Verunreinigung

Mit dem F-Scanner und der F-Camera hat Fraunhofer IPM zwei optische Systeme und bildgebende Verfahren entwickelt, mit denen sich Oberflächen und 3D-Strukturen in der Produktion analysieren und Prozesse regeln lassen. Damit gelingt die 100-Prozent-Kontrolle in Echtzeit – sowohl zur Partikeldetektion als auch zur Messung filmischer Verunreinigung.

Aussteller: Fraunhofer IPM, Freiburg und  ZF Friedrichshafen AG, Werkzeug- und Prüfmittelbau, Schweinfurt

Robotergestützte Bahnplanung und Oberflächeninspektion

Das Fraunhofer ITWM stellt ein robotergestütztes Oberflächeninspektionssystem zur vollständigen Prüfung industrieller Bauteile vor, bei dem der Fokus auf der objektiven und vollständigen Erfassung und Bewertung der Oberfläche liegt. Folgende Besonderheiten weist das System auf: Es hat mehrere Schnittstellen für die Bildaufnahme, untersucht das Bauteil und leistet den Abgleich mit dem CAD-Modell sowie die Visualisierung dieses CAD-Modells. Darüber hinaus beinhaltet es die Algorithmen zur automatischen Berechnung von Scanpfaden. Die Visualisierung des CAD-Modells wird je nach Scanpfad des Roboters sukzessive modifiziert, sodass die bereits geprüften Bauteilregionen sichtbar gekennzeichnet werden.

Aussteller: Fraunhofer ITWM, Kaiserslautern

Prozesskette für hyperspektrale Analysen

Das Fraunhofer IOSB zeigt auf der Control 2017 die vollständige Verarbeitungskette für die Nutzung hyperspektraler Daten von der Erfassung bis hin zur Verwendung der Daten bei der Schüttgutsortierung. Gezeigt wird die Miniaturausgabe einer Schüttgutanlage. Ausgestattet mit einer hyperspektralen NIR-Zeilenkamera (1200 nm bis 2200 nm) ermöglicht der Demonstrator Sortierungen auf Basis der spektralen Reflexionsinformation der zu prüfenden Produkte. Das System kann bei der Erkennung von Fremdkörpern in Lebensmitteln oder der Sortierung von Materialien (Kalzit, Diamanten oder Kunststoffgranulate) zum Einsatz kommen.

Aussteller: Fraunhofer IOSB, Karlsruhe

Inspektion spiegelnder Oberflächen mit Deflektometrie

Das Fraunhofer IOSB stellt ein System zur Inspektion ebener oder leicht gekrümmter spiegelnder Oberflächen im Durchlauf mittels Deflektometrie vor. Es können geprägte, polierte, lackierte oder glasierte Oberflächen aus Kunststoff, Metall und anderen Materialien untersucht werden. Die Prüfergebnisse sind z.B. Lage, Größe und Art von ästhetischen Defekten. Mögliche Einsatzbereiche für das Verfahren finden sich in der Automobil- und Zulieferindustrie, der Blech- und Kunststoffverarbeitung oder Objektveredelung und ‑beschichtung.

Aussteller: Fraunhofer IOSB, Karlsruhe

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

Präzisionsmessungen mit Radar

Das Fraunhofer FHR stellt bei der Control 2017 einen neuen Radar-Sensor vor, der auch bei anspruchsvollen Umweltbedingungen wie hohen Temperaturen, Vibrationen und Null-Sicht-Bedingungen aufgrund von Rauch, Dampf oder Nebel bis auf wenige Mikrometer genau arbeitet. Der Sensor ist voll integrierbar in bestehende Anlagen sowie die Anlagensteuerung. Das System ist echtzeitfähig – auch bei Bandgeschwindigkeiten von 20 m/s und mehr.

Aussteller: Faunhofer FHR, Wachtberg

Optische 3D-Messtechnik

Irritationsfreie GOBO-Projektion für die schnelle Echtzeit-3D-Bildaufnahme

Das Fraunhofer IOF hat einen neuen 3D-Sensor entwickelt, der auf schneller Projektion und Detektion von Mustern bei einer Wellenlänge von 850 nm basiert. Durch den Übergang vom sichtbaren Spektralbereich zum für den Menschen nicht wahrnehmbaren nahen Infrarot (NIR) erfolgt die Messung komplett irritationsfrei. Zudem werden mit Hilfe einer zusätzlichen RGB-Kamera parallel zur 3D-Messung Farbinformationen gewonnen. Der neue 3D-NIR-Sensor kann daher beispielsweise zur Erfassung der Körperhaltung, Gestik oder Mimik für die Mensch-Maschine-Interaktion eingesetzt werden. Weitere  Anwendungsszenarien sind interaktive Trainingssysteme, Fahrzeuginnenraumüberwachung, Sicherheitstechnik im öffentlichen Raum sowie Bewegungsanalysen am Menschen (Kinesiologie).

Aussteller: Fraunhofer IOF, Jena

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

Auswertung von Punktwolken – automatisiert, schnell und inlinefähig

Mit der vom Fraunhofer IFF entwickelten und von der scapos AG vertriebenen Softwarebibliothek OptoInspect3D Inline können Messdaten so schnell ausgewertet werden, dass jedes einzelne Bauteil tatsächlich »inline«, also innerhalb der Prozesskette, kontrolliert werden kann. Dabei können die einzelnen Funktionen mit Hilfe einer C-Schnittstelle flexibel kombiniert und an das jeweilige Problem angepasst werden: so kann dann das vermessene Bauteil beispielsweise mit einer CAD-Geometrie verglichen werden oder die Genauigkeit von Bohrlöchern kann überprüft werden.

Aussteller: scapos AG, Sankt Augustin

Digitale 3D-Endoskopie für Inspektion und Vermessung

Das Fraunhofer HHI stellt ein 3D-Endoskop-System mit einer integrierten Echtzeit-Vermessung von Bauteilen vor, das im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Projekts 3DInMed entwickelt wurde. Digitale 3D-Endoskope für industrielle Anwendungsbereiche ermöglichen es, mit fortschrittlichen Stereo-Algorithmen zur Tiefenschätzung zusätzliche Informationen zu extrahieren und gezielt zu visualisieren. Insbesondere die Vermessung von schwer zugänglichen Hohlräumen und die Inspektion von Verschleißbauteilen erlauben es, mit diesen Verfahren genauere Aussagen über den jeweiligen aktuellen Objektzustand zu treffen.

Aussteller: Fraunhofer HHI, Berlin

Inspektion unterhalb der Oberfläche und im Materialinneren

Intelligente Algorithmen verbessern Bildqualität und Messdauer bei CT-Messungen

Auf der Control demonstriert das Fraunhofer EZRT die Leistungsfähigkeit von Algorithmen zur Verbesserung und Beschleunigung von CT-Messungen. Anhand von Beispielmessungen werden die Möglichkeiten für schnelle Messungen mit wenigen Projektionen, für die Optimierung der Qualität von Messungen von Bauteilen mit stark unterschiedlich absorbierenden Materialien wie Kunststoff und Kupfer und für die Korrektur von Streustrahlungsartefakten vorgestellt.

Aussteller: Fraunhofer EZRT, Fürth

XEye 5040: Röntgenaufnahmen mit 60 Megapixel Auflösung

Die von Forschenden am Fraunhofer EZRT entwickelte Röntgenkamera XEye 5040 ist in der Lage, 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 40 Quadratzentimetern hat. Durch diese Kombination aus großer Detektorfläche und gleichzeitig hoher Auflösung können neue Anwendungsgebiete für Röntgenprüfsysteme erschlossen werden.

Aussteller: Fraunhofer EZRT, Fürth

Klick-CT: Modulares sub-µ CT-System für Messung an Mikrostrukturen

Das Fraunhofer EZRT entwickelt ein kompaktes, modulares sub-µ CT-System für Messungen an Mikrostrukturen, welches Proben bis 5 mm Durchmesser misst und kleinere Messvolumen mit bis zu 0,3 μm/Voxel abtasten kann. Der Name »Klick-CT« steht für eine einfache Bestückung der Anlage, hochflexible Komponenten sowie für die intuitive Bedienung der Messtechnik.

Aussteller: Fraunhofer CTMT, Deggendorf

Polymer-Profiler: Mobiles Magnetresonanz Profiling im Labor und in der Produktion

Das Fraunhofer EZRT forscht und entwickelt am Standort Würzburg unter anderem auf dem Gebiet der Magnetresonanz (MR). Auf der Control 2017 wird mit dem Polymer-Profiler ein neues System vorgestellt, mit dem sich Kunst-, Kleb- und Dichtstoffe sowie andere in der Magnetresonanz signalgebende Materialien zerstörungsfrei identifizieren, charakterisieren und analysieren lassen.

Aussteller: Fraunhofer EZRT, Würzburg

PolyCT – Nachrüst-Kit für industrielle Computertomographen ermöglicht Messzeitersparnis um bis zu Faktor drei

Das xRay Lab und das Fraunhofer-Entwicklungszentrum Röntgentechnik EZRT präsentieren mit dem PolyCT eine intuitiv nutzbare Messgeräterweiterung für industrielle Computertomographen. Diese ermöglicht bei CT-Untersuchungen von kleinen Bauteilen eine Messzeitersparnis von aktuell bis zu Faktor drei. PolyCT ist mit allen am Markt gängigen CT-Systemen kompatibel und lässt sich schnell und einfach mit nur wenigen Handgriffen in Betrieb nehmen. Die Messvorrichtung wird anstelle der Probe direkt in ein bestehendes CT-Spannfutter eingespannt oder über eine Zentrier-Adaptervorrichtung auf einem flachen Drehteller fixiert. Die zu prüfenden Objekte werden in den universell verwendbaren Probenhalterungen fixiert.

Aussteller: xRay Lab, Zaberfeld und Fraunhofer EZRT, Fürth

Zerstörungsfreies Monitoring ferromagnetischer Werkstoffe

Mikromagnetische Prüfverfahren erlauben eine schnelle und sichere Aussage über den Qualitätszustand ferromagnetischer Werkstoffe. Eine häufige Anwendung aus der Praxis ist das Monitoring von Grobblechen und die damit verbundene Detektion von oberflächennahen Härteinhomogenitäten (engl. Hardspots). Bei der Control wird am Beispiel einer miniaturisierten Walzstraße demonstriert, wie mit der am Fraunhofer IZFP entwickelten 3MA-X8-Prüftechnologie diese Härteinhomogenitäten bei Grobblechen bestimmt werden können.

Aussteller: Fraunhofer IZFP, Saarbrücken

Automatisierte Fehlerprüfung mit neuer Einkanal-Ultraschallelektronik

Im Rahmen der unter dem Slogan »Industrie 4.0« zusammengefassten technischen Evolution, weg von geprüften hin zu beherrschten Prozessen, wachsen die an Ultraschallprüfsysteme gestellten Anforderungen im gleichen Maße wie die Entwicklung voranschreitet. Neben der Notwendigkeit, unterschiedlichste Einsatzszenarien abzudecken und immer höhere Abtast- und Datenübertragungsraten bei gleichzeitiger Verbesserung der Signalqualität zu erzielen, steht zunehmend der Wunsch der Kunden im Vordergrund, die Systeme flexibel und zeitnah in ihre spezifischen Anwendungen zu integrieren. UNIUS ist die Lösung des Fraunhofer IZFP für die technischen Herausforderungen, die an aktuelle Einkanal-Ultraschallprüfsysteme gestellt werden.

Aussteller: Fraunhofer IZFP, Saarbrücken

Schichtdickenmessung im industriellen Umfeld

Das Fraunhofer ITWM stellt ein terahertz-basiertes Schichtdickenmessgerät vor, mit dem berührungslos und zerstörungsfrei Schichtdicken im industriellen Umfeld gemessen werden können. Schwerpunkt liegt auf der Dickenmessung einzelner Schichten innerhalb eines Mehrschichtsystems. Die Beschichtung kann hierbei auf beliebigem Material aufgetragen sein. Die Dickenmessung kann auch an feuchten, klebrigen und weichen Beschichtungen und an gekrümmten Oberflächen erfolgen.

Aussteller: Fraunhofer ITWM, Kaiserslautern

Terahertz-Multikanalsystem zur Inline-Prozessregelung in der Rohrextrusion

Terahertz-Strahlung besitzt großes Potenzial für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung. Aufgrund der hohen Komplexität heutiger Sensorköpfe war der Einsatz dieser vielversprechenden Technologie im industriellen Umfeld bislang nur eingeschränkt möglich. Insbesondere Messungen in Reflexion litten unter unhandlichen und kostenintensiven Messanordnungen. Das Fraunhofer HHI präsentiert nun ein neuartiges, kompaktes THz-Transceiver-Modul, das Reflexionsmessungen unter senkrechtem Einfall ermöglicht. Dadurch wird eine Vielzahl von neuen industriellen Anwendungsszenarien erstmals für die THz-Technologie zugänglich.

Aussteller: Fraunhofer HHI, Berlin

Spezialkamerasystem POLKA für den Einsatz in der Industrie

Das auf der Control 2017 vorgestellte Evaluation Kit der Polarisationskamera POLKA unterstützt den Anwender dabei, selbstständig erste Schritte in Richtung Polarisationsbildgebung zu unternehmen, ohne über Kenntnisse zur notwendigen Soft- und Hardware zu verfügen. Die Funktionsweise der Kamera wird vor Ort demonstriert, indem unterschiedliche Werkstücke getestet werden.

Aussteller: Fraunhofer IIS, Erlangen

Multi-Kamerasystem für die Polarisationsbildgebung - Messung von Restspannung in Glasprodukten am Fließband

Das Fraunhofer IIS stellt bei der Control 2017 ein Multikamera-System vor, mit dem sich für die optische Qualitätskontrolle neue Möglichkeiten eröffnen. Statt mit einer einzelnen Kamera nur die Bildinformation eines Graustufen- oder Farbbilds aufzunehmen, wird das Prüfobjekt auf einem Transportband an mehreren Kameras vorbeigeführt. Dabei ist jede Kamera mit einem zusätzlichen Filter ausgestattet. Ein speziell entwickelter Algorithmus sorgt für die Fusion der einzelnen Kamerabilder zu einem einzigen Datensatz, der anschließend in der automatisierten Bildanalyse ausgewertet wird. Mit diesem neuen, zum Patent angemeldeten Verfahren können beispielsweise Glasbehältnisse im Produktionstakt auf mechanische Restspannungen untersucht werden und so frühzeitig Rückschlüsse auf eventuelle Abweichungen im Produktionsprozess gezogen werden.

Aussteller: Fraunhofer IIS, Erlangen

Akustische Qualitätssicherung

Akustische Überwachungssysteme für Produktionsprozesse und Produktqualität

Die Kombination von akustischer Messtechnik und Signalanalyse, Mustererkennung und sicherer Kommunikation eröffnet neue Möglichkeiten für die Überwachung von Produktionsprozessen und Produktqualität. Das Fraunhofer IDMT präsentiert auf der Control 2017 einen Demonstrator zur akustischen Prozessüberwachung, Ereignis- und Zustandserkennung, Qualitätsbeurteilung und Produktendkontrolle. Im Fokus stehen dabei neue Technologien zur Signalaufnahme und -verarbeitung sowie Lösungen zur sicheren Erhebung, Verarbeitung und Weitergabe von akustischen Messdaten. Die eingesetzten Methoden werden über interaktive Exponatskomponenten für die Messebesucher erfahrbar.

Aussteller: Fraunhofer IDMT, Ilmenau