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Industrielle Automation 5/2018

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Industrielle Automation 5/2018

Feinste Tröpfchen geben

Feinste Tröpfchen geben Aufschluss Benetzungsfähigkeit von Materialoberflächen inline prüfen Ein neues System zur Prüfung der Benetzungsfähigkeit von Materialoberflächen eignet sich dazu, die Klebebereitschaft oder Lackierfähigkeit von Oberflächen zu prüfen. Die Messung erfolgt vollautomatisiert und kann nahtlos in den Produktionsprozess implementiert werden. Für die Überprüfung zur Bestimmung der Benetzungseigenschaften von Oberflächen existieren bereits verschiedene Verfahren wie zum Beispiel Prüftinten, der Water-Break- Test oder Kontaktwinkelmessungen. Im Vergleich zu diesen herkömmlichen Verfahren zeichnet sich bonNDTinspect jedoch durch eine Reihe von Vorteilen aus. So erlaubt das System zum ersten Mal schnelle, großflächige und automatisierte Messungen an unterschiedlichen Oberflächen wie Kunststoff, Metall oder Faserverbundwerkstoffen. Das System von Automation W+R ist darüber hinaus objektiv und arbeitet vollautomatisiert mit einer Bildverarbeitungssoftware. Zudem ermöglicht es eine sofortige Verarbeitung des geprüften Bauteils direkt im Anschluss an die Prüfung und kann nahtlos in Produktionsprozesse implementiert werden. Das Verfahren basiert auf einem Patent des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) zur Auswertung der Benetzbarkeit von Oberflächen. Automation W+R hat die exklusive Lizenz zur Nutzung dieses Patents. Die Funktionsweise von bonNDTinspect erklärt Célian Cherrier, Applikationsingenieur bei Automation W+R, so: „Ein Ultraschallzerstäuber erzeugt ein definiertes Wasseraerosol aus Reinstwasser, das mit einer Breite von ca. 10 cm auf die Probenoberfläche aufgesprüht wird. Die Probe wird dabei z. B. über einen Linearantrieb mit üblicherweise rund 100 mm/s unter dem Zerstäuber hindurch bewegt, um einen gleichmäßigen Auftrag des Aerosols zu gewährleisten.“ Die erforderliche relative Bewegung zwischen Probe und Zerstäuber lässt sich laut Cherrier je nach den vorliegenden Einsatzbedingungen auch über einen Roboter realisieren, der bonNDTinspect über das zu prüfende Bauteil führt. „Pro cm² entstehen auf diese Weise 1 000 bis 2 000 Tröpfchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 100 µm.“ In Abhängigkeit von der Oberflächenenergie der zu prüfenden Oberfläche bildet sich bei diesem Vorgang ein charakteristisches Tropfenmuster, das automatisch von einem Kamerasystem erfasst und mittels Bildverarbeitung sekundenschnell ausgewertet wird. Ob eine Oberfläche die Kriterien der nachfolgenden Prozessschritte erfüllt, lässt sich dann anhand der Tropfenverteilung erkennen. Durch die Angabe von Sollwerten ist es somit möglich, die Wirksamkeit einer Vorbehandlung wie zum Beispiel einer vorangegangenen Reinigung oder Oberflächenaktivierung auszuwerten oder Verschmutzungen auf der Oberfläche zu erfassen. Solche Kontaminationen können beispielsweise durch Trennmittelreste, Öle, Fette oder sogar einfach nur durch Fingerabdrücke entstehen und dafür sorgen, dass Klebungen nach einer gewissen Zeit versagen oder Lackierungen vorzeitig abblättern. Anspruchsvolle Bildverarbeitung Die Herausforderungen an das eingesetzte Bildverarbeitungssystem sind bei diesem Prüfverfahren groß, so Cherrier: „Zum einen entstehen aufgrund des Ablaufs über 30 000 Tröpfchen pro Sekunde, die schnell erkannt und ausgewertet werden müssen, denn durch die Verwendung von Reinstwasser trocknet die ausgewertete Fläche innerhalb kürzester Zeit rückstandslos ab, um die weitere Verarbeitung ohne Zeitverzug zu ermöglichen. Zum anderen ist das System inlinefähig und muss im Extremfall im Dauerbetrieb 24 h an 7 Tagen pro Woche laufen.“ Angesichts dieser schwierigen Randbedin- Peter Stiefenhöfer, Inhaber PS Marcom Services, Olching 64 INDUSTRIELLE AUTOMATION 5/2018

01 Das entstandene Tropfenmuster wird automatisch von einem Kamerasystem erfasst und mittels Bildverarbeitung sekundenschnell ausgewertet gungen griff Automation W+R auf seinen Bildverarbeitungspartner Stemmer Imaging zurück, mit dem das Unternehmen schon seit über 20 Jahren zusammenarbeitet und in vielen Anwendungen sehr gute Erfahrungen gemacht hat. „Bei der Realisierung dieser Prüfanlage hat uns Stemmer Imaging nach einer vorangegangenen Besprechung der spezifischen Anforderungen einen Vorschlag für die Bildverarbeitungskomponenten gemacht, die diese Vorgaben erfüllen“, beschreibt Cherrier rückblickend. „Zu einem späteren Projektstadium hat uns unser Partner außerdem bei gewissen Einstellungen der Kamera unterstützt, um die erforderlichen Spezifikationen zu erreichen, und generell einen überragenden Support bei allen Fragen zum eingesetzten Bildverarbeitungssystem geleistet. Insgesamt haben wir durch die Zusammenarbeit mit den Experten von Stemmer Imaging auch bei diesem 02 Die erforderliche relative Bewegung zwischen Probe und bonNDTinspect kann auch über einen Roboter realisiert werden, der das System über das Bauteil führt und eine darauf aufsetzende Bildverarbeitungssoftware von Automation W+R auf einem Industrie-PC von Beckhoff, der zudem die SPS-Funktionalität für die Anlage zur Verfügung stellt. Das gesamte Prüfsystem besteht aus einem PC mit Monitor und der Auswertesoftware, dem Prüfkopf mit Ultraschallzerstäuber sowie einem Schaltschrank zur Steuerung. Eine Schnittstelle erlaubt die Anbindung an eine externe SPS und somit an die übergeordnete Anlage. Erfolgreiche Erstanwendung Erster Anwender des Systems waren die Klebespezialisten des Fraunhofer IFAM, die zur Prüfung der Benetzungsfähigkeit von Oberflächen nach Atmosphärendruckplasmaaktivierung einen bonNDTinspect-Prototypen am Standort Bremen eingesetzt hatten. Mit durchschlagendem Erfolg, wie DIE NÄCHSTE EVOLUTION IN 3D-SCANNING UND INSPEKTION. NEUE Produkte Smarte3D-Laserprofilsensoren Smart Vision Accelerator Smarter 3D-Snapshot-Sensor Die über die Bildverarbeitung analysierte Tropfenverteilung lässt erkennen, ob die Qualität der Oberfläche stimmt Projekt erneut viel Zeit bei der Suche nach den optimalen Bildverarbeitungskomponenten gespart und konnten das Prüfsystem am Ende erfolgreich und innerhalb der Zeitvorgaben umsetzen.“ Die Aufnahme der Tropfenmuster übernimmt in der aktuellsten Version des Prüfsystems eine monochrome GigE-Zeilenkamera des Typs Linea von Teledyne Dalsa mit 2k-Pixel-Auflösung, die zusammen mit einer telezentrischen Optik von Sill Optics für Bilder mit hoher Schärfentiefe sorgt. Die erforderliche Lichtstärke konnte durch Standardbeleuchtungen nicht erzielt werden, sodass Automation W+R dafür selbst eine spezielle Dome-Beleuchtung entwickelte. Die Auswertung der Bilder erfolgt über Common Vision Blox von Stemmer Imaging Christian Tornow, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IFAM, berichtet: „Ein automatisiertes, berührungsloses System für diese Aufgabe war bisher nicht verfügbar. Mit bonNDTinspect lassen sich Oberflächenzustände im Klebprozess nun automatisiert und sicher unterscheiden. Sowohl Kontaminationen wie Fingerabrücke oder Trennmittelreste als auch unzureichende Aktivierungen konnten wir damit sicher erkennen. Dies ist gerade in der Klebtechnik außerordentlich wichtig, um optimal vorbereitete Oberflächen für nachfolgende Prozesse zu gewährleisten.“ Bilder: Fraunhofer IFAM, Automation W+R www.stemmer-imaging.de Drei neue Gocator®-Produkte machen IhreProduktionslinie FactorySmart® und helfen Ihnen, Ihreaktuellen Herausforderung in der Qualitätskontrolle zu meistern. Smart-3D.Weiterentwickelt. Besuchen Sie www.factorysmart.com

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