Am Control-Messestand, den der vom Fraunhofer-Geschäftsbereich Vision koordiniert wird, werden wieder aktuelle Neuentwicklungen aus vielen Bereichen und Fraunhofer-Instituten vorgestellt. Verschaffen Sie sich einen Überblick über neueste Entwicklungen und innovative Lösungen im Bereich der Bildverarbeitung für den Einsatz in der industriellen Qualitätssicherung.

Am Stand von Fraunhofer-Vision finden Besucherinnen und Besucher in diesem Jahr Exponate aus den Bereichen

• Inspektion und Charakterisierung von Oberflächen,
• optische 3D-Messtechnik,
• Inline-Messen und Prüfen und Bauteilidentifikation sowie
• Augmented Reality
• künstliche Intelligenz/machinelles Lernen.

Daneben werden auch Neuentwicklungen zur Prüfung von Bauteilen unterhalb der Oberfläche beziehungsweise im Materialinneren zusehen sein, zum Beispiel

• mit Röntgen,
• Terahertz,
• Ultraschall,
• Radar oder auch
• spektrokopische Verfahren.

Bildverarbeitungstechnologien und Oberflächeninspektion

Inline-Prüfung großer Oberflächen hinsichtlich Reinheit und Beschichtung

Das Fraunhofer IPM stellt auf der Control den Fluoreszenz-Scanner F-Scanner 1D mini vor. Das System detektiert Verunreinigungen auf ausgewählten Bereichen großer Bauteile quantitativ und mit hoher Ortsauflösung im Produktionstakt. Neben der Reinheitsprüfung eignet sich das Gerät auch zur Schichtdickenmessung, zum Beispiel von (organischen) KTL-Beschichtungen, oder zur Ölauflagenmessung in Umformprozessen.

Vollständige optische Prüfung von Massenbauteilen im freien Fall

Die am Fraunhofer IPM entwickelten Prüfsysteme der Serie Inspect 360° analysieren produktionsbegleitend Geometrie und Oberflächenbeschaffenheit von Bauteilen im freien Fall und ermöglichen damit erstmals eine typenunabhängige, vollständige optische Prüfung von Massenbauteilen. Bei der Control 2023 wird mit dem Inspect 360 HR (high resolution) ein System zur präzisen Inspektion von Halbzeugen hinsichtlich der Eigenschaften Geometrie und Oberflächendefekte bis zu einer Fehlergröße von 30 μm vorgestellt. Die Bauteile werden über ein einfaches Zuführsystem einzeln in eine Hohlkugel befördert und im freien Fall mithilfe von Kameras gleichzeitig aus allen Richtungen inspiziert. Geprüft werden können Metallbauteile aus Umform-, Stanz-, Schmiede- und Gussprozessen oder Kunststoffteile sowie hybride Bauteile aus Verbundmaterialien.

Intelligente Qualitätskontrolle für reflektierende Oberflächen

Ob ein lackiertes Auto oder ein Smartphone-Display: Bevor Waren die Produktionsstätte verlassen, muss ihre Qualität geprüft und sichergestellt sein. Doch Kontrollen von reflektierenden Oberflächen sind herausfordernd. Einfache fotografische Verfahren eignen sich hier wegen der Spiegelungen nicht, und manuelle Qualitätsprüfungen sind zeit- und kostenintensiv. Das Fraunhofer IAIS zeigt auf der Control ein patentiertes System, das glänzende oder diffus reflektierende Oberflächen komplett automatisiert kontrolliert.

High-Speed-Mikroskop zur optischen 100-Prozent-Qualitätskontrolle

Das Fraunhofer IPT hat ein High-Speed-Mikroskop (HSM) entwickelt, mit dem sich im Rahmen einer optischen 100-Prozent-Qualitätskontrolle in kurzer Zeit mikroskopische Strukturen großflächig untersuchen lassen. Die Technik kann
bei Proben in der Mikroelektronik bis hin zu Stammzellen zum Einsatz kommen.

Manuelle Inspektion automatisieren - Potenziale der KI-basierten Bildverarbeitung

Die KI-basierte Bildverarbeitung hat das Potenzial, auch sehr komplexe Inspektionsaufgaben zu lösen. Sie benötigt jedoch eine große Anzahl an gelabelten Trainingsdaten. Die Anomaliedetektion hat durch signifikant weniger Trainingsdaten
eine geringere Einstiegshürde. Das Fraunhofer IPK demonstriert auf der Control interaktiv die Chancen der Anomaliedetektion für die optische Inspektion.

Inline-Oberflächeninspektionssysteme zur Prüfung von Metallteilen

Das Fraunhofer ITWM stellt ein robotergestütztes Oberflächeninspektionssystem zur vollständigen Prüfung gedrehter und gefräster Metallteile vor. Das System dient als beispielhafte Anwendung für das objektive und vollständige Erfassen und Bewerten der Oberfläche, unabhängig von der Oberflächentextur. Die Besonderheit liegt dabei darin, dass sich komplexe Metallobjekte inspizieren lassen, auch 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 mit der virtuellen Prüfplanungssoftware V-POI sichergestellt.

Qualitätsprüfung transparenter Objekte

Das Fraunhofer IOSB entwickelt Sichtprüfsysteme unter anderem zur industriellen Inspektion von transparenten Materialien. Auf der Control präsentiert es mit dem System "Purity" eine Lösung zur 100-Prozent-Hochgeschwindigkeitsprüfung transparenter Objekte im Durchlauf bei einer Materialstromgeschwindigkeit von bis zu 3 Metern pro Sekunde. Die Prüfung basiert auf eindeutigen und genormten Merkmalen und erfolgt mit großer Schärfentiefe. Fehler wie Spannungen oder Einschlüsse im Material werden zuverlässig erkannt. Adressiert werden Glasproduzenten, Folienhersteller, Hersteller optischer Komponenten und Kunststoffproduzenten.

Inspektion spiegelnder Oberflächen mit Deflektometrie

Das Fraunhofer IOSB setzt die Deflektometrie zur Prüfung ebener oder gekrümmter spiegelnder Oberflächen ein. Das Verfahren eignet sich für geprägte, polierte, lackierte oder glasierte Oberflächen aus Kunststoff, Metall, Glas und anderen Materialien. Als Ergebnis stehen Informationen über Lage, Größe und Art von funktionalen oder ästhetischen Defekten sowie bei Bedarf über die Form und Welligkeit der Oberfläche zur Verfügung. Mögliche Einsatzbereiche für das Verfahren finden sich überall da, wo defektfreie Flächen geringer Rauheit benötigt werden. Am Control-Messestand wird ein transportables System für die Prüfung von bis zu 30 x 10 cm großen Werkstücken vorgestellt.

Schnelle, präzise und zerstörungsfreie Prozessüberwachung mit Laser-Speckle-Photometrie

Die am Fraunhofer IKTS entwickelte Laser-Speckle-Photometrie (LSP) ist ein Verfahren für die Inline-Überwachung industrieller Prozesse. Das robuste und kostengünstige System analysiert Oberflächeneigenschaften und zieht daraus
Rückschlüsse auf Oberflächendefekte, Porosität oder thermische Eigenschaften für fast alle Materialklassen.

AR- und KI-gestützte Montage komplexer Produktkonfigurationen

Das Fraunhofer IGD unterstützt Anwender mit einer Kombination aus Augmented Reality (AR) und künstlicher Intelligenz (KI) bei den Herausforderungen in der Produktion. Die Lösung besteht aus einem AR-gestützten Montagearbeitsplatz, der
Mitarbeitende durch die Abfolge des Zusammenbaus führt und gleichzeitig eine Qualitätskontrolle der Bauteile sowie eine Remote-Unterstützung ermöglicht. Unternehmen reduzieren so die Fehlerquote und kostenintensive Stillstandszeiten.

Optische 3D-Messtechnik

System für die berührungslose 3D-Messung transparenter Objekte

Das berührungslose Erfassen der Oberflächenform transparenter Objekte ist eine große technische Herausforderung. Mit dem Sensor Goquality 3D haben Forschende am Fraunhofer IOF in Jena einen Sensor entwickelt, der diese Aufgabe bewältigen kann. Das System kombiniert die Methoden der Infrarot-Laserprojektion und der Thermographie und ermöglicht so das berührungslose räumliche Erfassen  transparenter Objekte sowie Bauteile mit spiegelnden oder lichtabsorbierenden Oberflächen. Anwendungen sind speziell in großindustriellen Fertigungsprozessen wie etwa in der Halbleiter- oder Automobilbranche denkbar.

Scanner zur mobilen und voll automatisierten 3D-Messung von Objekten

Virtuelle 3D-Modelle realer Objekte, sogenannte "digitale Zwillinge", bieten zahlreiche Vorteile, sei es für die Digitalisierung oder in der Qualitätskontrolle der industriellen Fertigung. Doch je komplexer ein Objekt, umso schwerer lässt sich dessen Form messen und in ein 3D-Modell überführen. Mit Goscout 3D hat nun das Fraunhofer IOF in Jena einen tragbaren Sensor entwickelt, der eine flexible 3D-Erfassung von Objekten ermöglicht.

Hyperspektrale Bildgebung

Ultrakompakte Multimodalkamera zur Erfassung von Bildinformationen in neun Spektralkanälen

Der Einsatz berührungsloser Inspektionssysteme nimmt im industriellen Umfeld stetig zu. Dabei werden zunehmend auch multimodale Kameras nachgefragt. Sie sollen zeitgleich klassische 2D-Bildinformationen, aber auch 3D-, spektrale oder
Polarisationsinformationen in Echtzeit erfassen können. Forschende des Fraunhofer IOF in Jena haben vor diesem Hintergrund eine besonders kompakte und polarisations-empfindliche Multimodalkamera entwickelt. Diese soll künftig unter anderem eine effektive Qualitätskontrolle und vorausschauende Wartung gemäß des Konzepts der Industrie 4.0 ermöglichen. Weitere mögliche Anwendungen sind das Umwelt- und Agrarmonitoring sowie die Biomedizin.

Inline-fähige spektroskopische 100-Prozent-Prüfung zur industriellen Qualitätssicherung und Prozesskontrolle

Das Fraunhofer IAF hat in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer CAP ein inlinefähiges, laserbasiertes Infrarotspektroskopie-Messsystem entwickelt, das mit  Machine Vision gezielt Proben wie Blisterverpackungen für Tabletten erkennt und innerhalb von wenigen Millisekunden kontaktfrei verifiziert, sodass verunreinigte oder fehlerhaft bestückte Exemplare aussortiert werden können. Haupteinsatzgebiete des neuen Messsystems liegen im Bereich der
Pharma-, Chemie- und Lebensmittelindustrie.

Zerstörungsfreie Prüfung

Detektion von Fremdkörpern und Qualitätsabweichungen in Materialien

Der Millimeterwellenscanner Sammi 3.0 (Stand Alone Millimeter Wave Imaging) erzeugt dreidimensionale Abbildungen zahlreicher Materialien, was deren innere Strukturen sichtbar macht. Das System basiert auf einem Millimeterwellenradar und arbeitet im Bereich von 70 GHz bis 80 GHz. Eine typische Anwendung ist die Inspektion 3D-gedruckter Kunststoffobjekte, jedoch können auch andere Produkte untersucht werden, beispielsweise verpackte Lebensmittel.

Hochaufgelöste Röntgen-Tomographie großer Objekte

Im Jahr 2020 hat das ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) in Grenoble, Frankreich, mit einem Synchrotron (der Extremely Brilliant Source EBS), ein System in Betrieb genommen, das der weltweiten Wissenschaftsgemeinschaft hochenergetische Röntgenstrahlen mit noch nie dagewesener Brillianz und Kohärenz zur Verfügung stellt, um die Struktur von Materialien in ihrer ganzen Komplexität bis in den Nanometerbereich zu untersuchen. Auf der Control 2023 stellt das Fraunhofer EZRT als einer der Kooperationspartner des ESRF mit Beamline 18 die neuen technischen Möglichkeiten vor, die sich durch die Verfügbarkeit hochauflösender Röntgenbilder von Flugzeug- oder Autoteilen, Batterien oder Verbundwerkstoffen für die Forschung und Entwicklung eröffnen.

Intelligentes Assistenzsystem mit interaktiver Visualisierung für Labor- und Serviceaufgaben

Die geplante Nutzungsdauer von Bauwerken lässt sich nur erreichen, wenn qualitätsgesicherte Ausführungen sowie die während der Nutzungsphase notwendigen Erhaltungsmaßnahmen aufeinander abgestimmt sind. Daher ist es oftmals notwendig, bauteilspezifische Kennwerte nicht-invasiv mit einer hohen Genauigkeit der Messwertaufnahme und Verortung zu erfassen. "3D-Smartinspect" vom Fraunhofer IZFP ist ein System zur Digitalisierung der handnahen Prüfung. Das System besteht aus einer kostengünstigen Webcam, einem Rechner mit spezieller Software und kann optional mit einer Hololens kombiniert werden. Nach einer kurzen Einrichtung verfolgt das System die Bewegung des Prüfkopfs und protokolliert Prüfpositionen und Messsignale. Auf diese Weise werden vor allem Prüfaufgaben im Feld erleichtert, wie die Überprüfung sicherheitsrelevanter Industriekomponenten oder Infrastruktur. Auf der Control 2023 demonstriert das Institut exemplarisch die assistierte Ultraschallinspektion mit anschließender Rekonstruktion der Daten. Das Ergebnis kann in Form einer standardisierten digitalen Bauteilakte im Diconde-Format (Digital Imaging and Communications for Non-Destructive Evaluation) gesichert werden. Das Assistenzsystem ermöglicht es so in vielen industriellen Anwendungsgebieten, digitale Zwillinge mit In-situ-Qualitätsdaten zu versorgen, zum Beispiel im Bauwesen, Transportsektor, in Luft- und Raumfahrt oder anderen Sparten.

Akustisches Monitoring in der Produktion

Das Fraunhofer IDMT stellt ein Verfahren zur akustischen Qualitätssicherung basierend auf Schallanalyse und künstlicher Intelligenz vor, welches eine gewinnbringende Ergänzung zu optischen Prüfverfahren liefern kann, wenn diese an ihre Grenzen stoßen. Mögliche Gebiete für den Einsatz akustischer Verfahren sind die Überwachung von Schweiß- oder Zerspanungsprozessen. Am Messestand auf der Control 2023 wird das Verfahren anhand eines Air Hockey-Tisches veranschaulicht, an dem drei optisch nicht unterscheidbare, aus unterschiedlichen Materialien gefertigte Pucks nur anhand ihres Geräusches beim Auftreffen auf die Bande unterschieden werden können.

Messen, simulieren, prüfen mit Ultraschall

Das Fraunhofer IKTS entwickelt kundenspezifische Ultraschall-Prüfsysteme, Komponenten und Algorithmen, validiert Ultraschallverfahren und bietet Prüfdienstleistungen an. Auf der Control werden Neuentwicklungen der PCUS pro-
Gerätefamilie vorgestellt, die für die schnelle automatisierte und bei Bedarf robotergestützte Prüfung in der Metallverarbeitung sowie in den Bereichen Bahnund Automobilbau, Kraftwerks- oder auch Windkrafttechnik optimiert ist.