Optische 3D-Analyseverfahren werden immer leistungsfähiger und dringen in viele Bereiche der Qualitätskontrolle vor. Viele Inspektionsaufgaben, die sich mit etablierten 2D-Verfahren nicht hinreichend lösen lassen, sind durch Nutzung der 3. Dimension technologisch beherrschbar.

Als Inspektionsergebnis einer 3D-­Analyse erhält man eine Defect Map des überprüften Bereiches. Diese Fehlerkarte zeigt nur die Fehler auf der Oberfläche an. Die Kontur des Werkstücks sowie zulässige Lage- und Formtoleranzen werden unterdrückt. Die Fehlerstellen können zusätzlich durch den im System integrierten Projektor optisch auf dem Prüfteil angezeigt werden. Kennwerte zu den detektierten Fehlern können ausgegeben oder für statistische Auswertungen gespeichert werden. Im einfachsten Fall wird nur ein IO- oder NIO-Signal an eine Signalampel oder die Maschinensteuerung weitergegeben. Die aufgenommenen Bilder können auch zur Erkennung von 2D-Fehlern verwendet werden. Somit werden auch Kratzer und Risse erkannt. Die für die 3D-­Vermessung benötigte Hardware wird hierfür mit verwendet. Insbesondere ist die 2D-Defekterkennung mit dem 3D-­Sensor gekoppelt. Das System wird also nur softwaremäßig aufgerüstet. Die durch die 2D-Erkennung erfassten Fehler können sehr einfach der 3D-Oberfläche zugeordnet werden. Zusammen mit den durch das 3D-System erkannten Fehlern werden sie zu einem Fehlerbild zusammengefasst.

Modularer Aufbau
Die Inspektionssysteme der INB Vision AG für anspruchsvolle 3D-Aufgaben bestehen aus zwei Modulen:
Der Sensor liefert echte 3D-Daten (Punktewolken), die als Ausgangsbasis für verschiedene Anwendungen (Maßhaltigkeit, Oberfläche) geeignet sind, in sehr guter Qualität. Es besteht keine Abhängigkeit von speziellen Hardwarekomponenten wie Kameras oder Musterprojektoren. Der Sensor wird individuell und optimal zusammengestellt und an die verschiedensten Anwendungen angepasst. Besonders interessant sind die neuen Entwicklungen von LED-Beamern. Die neuen LED-Geräte sind praktisch wartungsfrei und haben eine Lebensdauer von einigen 10.000 Betriebs­stunden. Bisher musste auf relativ teure Messprojektoren zurückgegriffen werden. Die LED-Geräte können problemlos auf einem Roboter montiert werden.
Das zweite Modul ist ein intelligentes Software-Tool (DefMap3D). Es basiert auf einem neuronalen Netz und detektiert in den ermittelten 3D-Daten kleine Fehler wie z. B. Beulen, Dellen, langwellige und kurzwellige Wellen, Einfallstellen, Risse bei Versatz, Einschnürungen schnell und aufwandsreduziert. Auch für eine Inspektion auf dimensionelle Ab­weichungen (z. B. Ebenheit, Rundheit oder Verzug) kann das System einfach konfiguriert werden.

Virtuelles Referenzmodell
Die besondere Leistungsfähigkeit dieses Systems liegt darin, dass die Konfiguration für ein bestimmtes Prüfteil über einen nur kurzen Trainingsprozess erfolgt. Auf der Basis der Trainingsdaten berechnet ein spezieller Algorithmus ein virtuelles Referenzmodell für jedes zu prüfende Bauteil. Gegen dieses individuell berechnete Referenzmodell erfolgt dann der Vergleich.
Der Anwender muss keine speziellen und aufwendigen Programmierungen vornehmen. Durch das Setzen von Schwellwerten wird die Prüfung feinjustiert. Damit eignet sich das System hervorragend für die Inspektion einer großen Teilevielfalt. Bei einem Teilewechsel werden nur die Konfigurationsdaten für das neue Bauteil durch Anklicken geladen. Natürlich ist eine Konfiguration des Systems auch mit CAD-Daten möglich. Für die Justierung der Teile reichen einfache Anschläge oder mechanische Aufnahmen. Die freie Lage des Prüfteils auf einem Tisch wird derzeit implementiert.

Industrieller Einsatz
Das Verfahren wird industriell bereits in der Serienproduktion (24/7) eingesetzt. Für die Integration in die Linie ist die Software DefMap3D modular aufgebaut und kann entsprechende Industrie­komponenten ansteuern. Aufgrund des modularen Konzeptes kann das INB-­Inspektionssystem auf verschiedenste Anwendungen ausgerichtet werden:

• Automotive: Eine wichtige Anwendung ist die Erkennung von Ober­flächenformfehlern auf Automobil-Außenhautteilen im Presswerk, im Karosseriezusammenbau oder nach der KTL-Beschichtung. Das neuronale Netz wird mit mehreren IO-Teilen trainiert, auf diese Weise können kleine Oberflächenformfehler erkannt werden, auch wenn eine größere maßliche Toleranz zulässig ist.
• Spritzguss: Mit Hilfe der INB-Technologie ist es möglich, die Prozessparameter in der Produktion zu optimieren. So wird z. B. durch regelmäßige Stichprobenprüfung festgestellt, wieweit eine Abwanderung der Maße an die Toleranzgrenzen stattfindet. Die Ausschussquote kann dadurch bis zu 80 % gesenkt worden.

• Alu-Druckguss: Bei der Ebenheitsprüfung wird folgendermaßen vorgegangen: Zunächst wird ein Meisterteil vermessen. Die Ebenheit des Meisterteils bestimmt die erreichbare Ebenheit des Systems. Der Assoziativ­speicher wird so konfiguriert, dass die 3D-Daten des Meisterteils optimal in die 3D-Daten des Prüfteils eingepasst werden. Die Ebenheitsabweichungen werden durch eine farbige Grafik ­(Defect Map) sowie durch einen oder mehrere Zahlenwerte ausgegeben. Aufwendige Prüfungen mit 100 und mehr Messpunkten, für die eine Koordinatenmessmaschine entsprechend viel Zeit benötigt, können so innerhalb weniger Sekunden durchgeführt werden.

Bei anderen Projekten erfolgt die An­bindung des optischen 3D-Sensors, bestehend aus zwei Kameras und einem LED-Beamer, an einen Industrieroboter. Ziel ist es, auch komplizierte geo­metrische Bauteile von allen Seiten zu inspizieren. Der Roboter führt den Sensorkopf bei der 3D-Messung an die erforderlichen Messpositionen. Für die Kalibrierung und Orientierung des Sensors im Raum besteht ein spezielles Konzept. Lokale Fehler wie Beulen und Dellen können ab 10 µm Höhe erkannt werden.
Die Software DefMap3D ist in der Lage, auch 3D-Punktewolken, die mit Scannern und Sensoren von Drittherstellern generiert werden, intelligent auszuwerten. So kann das Konzept der INB, kleinste Fehler innerhalb definierter Toleranzbänder durch einen Trainingsprozess zu erkennen, für viele andere Anwendungsfälle adaptiert werden. Für das Zusammenfügen der 3D-Messpunkte einzelner Ansichten ist eine spezielle Software erforderlich. Die INB Vision AG ist Reseller für die 3D-Software „Geomagic", die vor allem das Zusammenfügen der Messpunkte und den Vergleich mit CAD-Daten löst. Es ist dadurch einfacher möglich, eine DefectMap für eine Rundum-Ansicht zu generieren.