In industriellen Herstellungsprozessen ist es für den reibungslosen Ablauf und eine hohe Ausbringung bei gleichzeitig hoher Qualität erforderlich, fehlerhafte Bauteile so rasch wie möglich zu erkennen. Nur so kann Nacharbeit im Produktionsprozess und ein daraus resultierender Zeitverlust in der Produktion vermieden und die Produktivität auf einem hohen Niveau gehalten werden.

Ein typischer Prozess in der Automobilindustrie ist die Herstellung komplexer Gussteile wie z.B. Turbolader, Motorenblöcke oder Bremskörper. Diese Gussteile, die direkt von einer Gießerei an das Montageband angeliefert werden, können diverse Mängel wie z.B. Lufteinschlüsse, Unebenheiten oder Materialüberschüsse aufweisen.

Die Detektion von selbst großen Fehlern an den Bauteilen wird heute noch oft einer stichprobenartigen visuellen Inspektion überlassen. Eine visuelle Inspektion erhöht natürlich das Risiko, dass nicht alle Mängel an den Bauteilen festgestellt werden. Dies wiederum erhöht das Risiko, dass die Bauteile zu einem späteren Zeitpunkt im Montageprozess in einem zeitraubenden Prozess wieder zerlegt werden müssen, wodurch die Produktivität des Herstellungsprozesses sinkt.

3D-Qualitätskontrolle eines Gussteils

Ziel eines gemeinsamen Projekts der Bildverarbeitungsfirmen ACT Smartware GmbH aus Deutschland, Aqsense SL aus Spanien und der Photonfocus AG aus der Schweiz war es, ein automatisches Inspektionssystem zu entwickeln, das in der Lage ist, alle Bestandteile eines komplexen Gussteils am Anfang des Montageprozesses zu prüfen. Das komplette Inspektionssystem besteht aus 3D-Kameras der Firma Photonfocus und der benutzerfreundlichen Applikationssoftware „3D-Factory" der Firma ACT Smartware, die auf der Basis der 3D-Software-Bibliothek der Firma Aqsense entwickelt wurde.

Das neue 3D-Inspektionssystem konnte bereits nachweisen, dass es die Demontagezeit mängelbehafteter Gussteilen deutlich reduziert und dadurch die Produktivität steigert.

Die flexible 3D-Inspektionsanwendungssoftware der Firma ACT Smartware erlaubt eine schnelle Installation innerhalb der bereits existierenden Produktionsanlage. Das Gussteil wird dabei auf einem Förderband transportiert oder mit einer Linearachse unter dem System aus Photonfocus-3D-Kameras und einem Laser verfahren. Um Verdeckungen resultierend aus Schatten auf dem Gussteil hervorgerufen durch das Gussteil selbst zu vermeiden, werden zwei Kameras eingesetzt.

Die von der Firma Aqsense entwickelten 3D-Software-Werkzeuge ermöglichen eine metrische Kalibrierung und eine Zusammenführung von Bildern der beiden 3D-Kameras in ein einziges, kalibriertes 3D-Bild. Im nächsten Schritt greift die „3D Vision Factory Software" auf die 3D-Bibliothek zu, um den 3D-Scan des Gussteils mit dem auf dem Rechner hinterlegten Referenzmodell zu vergleichen. Die Prüfung auf Abweichungen innerhalb des resultierenden 3D-Bildes erlaubt es dem System zu entscheiden, ob das gescannte Werkstück einwandfrei ist oder nicht. Ein kompletter 3D-Scan, die Analyse (Prüfung) und die Entscheidungsfindung erfordern eine Zykluszeit von etwa einer Sekunde. Damit ist das  Inspektionssystem in der Lage eine 100% 3D-Inline-Inspektion von komplexen Gussteilen durchzuführen im Gegensatz zur bisher üblichen statistischen Qualitätskontrolle offline. Die Entscheidung der „3D Vision Factory" wird schlussendlich an ein existierendes Kontrollsystem, beispielsweise eine SPS, gesendet, um ein mangelhaftes Gussteil über das Förderband oder die Linearachse physikalisch aus dem Produktionsprozess zu entfernen.

Die Erkennungsgenauigkeit des Inspektionssystems ist natürlich abhängig von allen verwendeten Komponenten, Bildverarbeitung und Mechanik, kann aber durchaus einen Bereich von nur wenigen Mikrometern erreichen.