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Industrielle Automation 6/2016

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Industrielle Automation 6/2016

SENSORIK UND MESSTECHNIK

SENSORIK UND MESSTECHNIK Helligkeit und Topologie Wie Sie anspruchsvollen Prüfbedingungen in der Oberflächeninspektion begegnen Betrachtung sind sie auch bezüglich der Falscherkennung besser als die manuelle Prüfung. Die Produktion großer Stückzahlen erfordert schnelle, robuste Verfahren, die sich leicht in einen industriellen Prozess integrieren lassen. Für die hochauflösende Weißlicht-Interferometrie beispielsweise sind die geforderten Taktzeiten in der Regel zu kurz und die Anforderung an die Mechanik zur Präsentation des Prüflings vergleichsweise hoch. Herausforderungen der optischen Oberflächeninspektion Sebastian Grimm, Marco Antoni Automatisierte optische Verfahren haben sich bei der Qualitätskontrolle von Bauteilen bewährt. Damit aber alle Defekte erkannt und der Pseudoausschussanteil minimiert werden kann, sollten mögliche Fehlerquellen bekannt sein. Gleichzeitig dürfen vor allem bei Funktionsteilen optische Abweichungen nicht als Fehler eingestuft werden. Gewährleisten kann dies das sogenannte Shape from Shading-Verfahren. Bei Produkten mit Funktionsflächen, ebenen Metallteilen oder medizinischen Produkten und Verpackungen sind Fehler auf der Oberfläche bestmöglich zu vermeiden, aber in der Herstellung oft nicht vollständig auszuschließen. Eine Qualitätsprüfung erlaubt es, Schlechtteile auszusortieren und so trotzdem nur einwandfreie Ware zu liefern. Weil dies Zeit und Geld kostet, wird die Qualitätskontrolle nur eingesetzt, wenn die Qualitätsanforderungen entsprechend hoch sind. Falls das Produkt wie in der Automobil- oder Medizintechnik über Leben und Tod entscheiden kann, ist sie unverzichtbar im Herstellungsprozess. Aber auch bei hochwertigen Gütern und Luxusartikeln wirkt sich ein Defekt negativ auf das Image der Marke aus. Automatisierte, optische Methoden haben sich hier als zuverlässige und flexible Alternative zu herkömmlichen Prüfverfahren bewährt. Durch die objektive Das Ziel der Oberflächeninspektion bei größeren Stückzahlen ist es, anhand vorgegebener Kriterien für einen Prüfling möglichst günstig und schnell zu entscheiden, ob er die Qualitätsanforderungen erfüllt. Am wichtigsten ist dabei, dass fehlerhafte Produkte zuverlässig erkannt werden. Gleichzeitig sollen aber auch möglichst wenig gute Produkte fälschlich als schlecht aussortiert werden, denn ein solcher Pseudoausschuss muss nachproduziert werden. Des Weiteren sollen die Prüfergebnisse dokumentiert werden können und die Möglichkeit bieten, den vorgelagerten Produktionsprozess zu optimieren. Schließlich muss sich das Prüfsystem einfach in die übergeordnete Steuerung integrieren lassen, damit diese die Schlechtteile ausschleusen kann. Dabei gibt es bei optischen Messmethoden einige Fallstricke: reflektierende Materialien wie Metalle sind optisch schwierig erfassbar. Farbe oder Helligkeit der Prüflingsoberfläche können prozessbedingt schwanken, was aber gerade bei Funktionsteilen nicht zur Einstufung als Ausschuss führen darf. Bei einem Prüfling, der aus mehreren Materialien besteht, kann der gleiche Fehler verschieden aussehen und damit schwieriger zu erkennen sein, je nachdem, in welchem der Materialien er auftritt. Auf den Bauteilen verändern Kon- Dipl.-Ing. (FH) Sebastian Grimm, Sales & Marketing Director, SAC Sirius Advanced Cybernetics GmbH, Dipl. Phys. Marco Antoni, Redaktionsbüro Stutensee 01 Das Helligkeitsbild der Membran (Bild links) zeigt kaum erkennbare Fehler. Im Krümmungsbild (Bild rechts) wird die Beschädigung sichtbar 32 INDUSTRIELLE AUTOMATION 6/2016

servierungsmittel sowie Rückstände von Wasser oder Reinigungsmitteln an zufälligen Stellen die Farb- und Reflexionseigenschaften. Je nach Funktion des Bauteils kann eine Erhöhung einen Fehler darstellen, eine Vertiefung dagegen harmlos sein. Ob der Prüfling in Ordnung ist, muss dennoch zuverlässig festgestellt werden. Auch müssen Bauteile mit komplexer Geometrie des Prüfbereichs, wie sie z. B. bei Wellenscheiben oder Kugelkalotten vorkommt, in allen Bereichen mit vergleichbarer Prüfschärfe kontrolliert werden können. Erfassung der Oberflächentopologie Um die Herausforderungen zu bewältigen, bietet sich ein „Shape from Shading“-Ansatz an, welcher über eine kontrollierte diffuse Beleuchtung die Informationen des Prüfbereichs in zwei Kanäle aufsplittet: Helligkeit und Topologie. Optische Eigenschaften wie Farb- und Helligkeitsschwankungen können im Helligkeitsbild bewertet werden. Die Oberflächentopologie kann unabhängig von den optischen Eigenschaften im entsprechenden Kanal bestimmt werden. Eine Unterscheidung von Erhöhung und Vertiefung ist nun einfach möglich. Die diffuse Beleuchtung bringt noch einen weiteren Vorteil: Störende Glanzeffekte werden so vermieden. Diesen Ansatz verwendet die SAC seit zehn Jahren im industriellen Umfeld, um die Prüfqualität von 3D-Verfahren mit der Geschwindigkeit moderner 2D-Bildverarbeitung zu verbinden. Bisher ist ein sehr leistungsfähiges modulares System verfügbar, das an die jeweilige Prüfaufgabe angepasst wird. Nun ist mit Trevista Cam zusätzlich ein Standardprodukt erhältlich, das für viele Anwendungen ausreicht. Das patentierte System besteht aus einer intelligenten Dombeleuchtung, einer Kamera und der Auswertesoftware. Die Beleuchtung hat die Form einer Halbkugel, unter der der Prüfling positioniert wird. Über eine spezielle Anordnung und Ansteuerung der LEDs entstehen vier verschieden strukturierte, diffuse Beleuch tungsszenarien. Die zentral angeordnete Kamera nimmt die Bilder mit bis zu 4 MP bei 60 Bildern/s auf. Die Erfassung eines einzelnen Prüflings dauert nur einen Bruchteil einer Sekunde, sodass diese Art der Qualitätsprüfung einem hohen Durchsatz und einer schnellen Amortisation nicht im Weg steht. Die so erzeugten Schattierungen erlauben der nachgeschalteten Bildverarbeitungssoftware, Rückschlüsse auf die Flächennormalen und damit die Neigung und Krümmung der zu prüfenden Oberfläche in x- und y-Richtung. Die räumliche Auflösung senkrecht zur Prüfoberfläche liegt hier typischerweise im einstelligen μm-Bereich. Die Neigung kann dabei nicht nur in x- oder y-Richtung, sondern auch in beliebigen Winkeln visualisiert werden, was 02 Trevista Cam ist als Standardprodukt für die meisten Anwendungen passend und sehr schnell einsatzbereit sich vor allem für die Auswertung von Fehlern mit einer Vorzugsrichtung eignet. In radialer und tangentialer Richtung ist die Neigung ebenfalls darstellbar. Dies ist besonders für runde, rotationssymmetrische Bauteile oder Fehlerquellen interessant. Plug-and-play Oberflächeninspektion Neben den Informationen zur Topologie der Oberfläche, die eine Unterscheidung zwischen Erhöhungen und Vertiefungen ermöglichen, errechnet die Software zusätzlich ein Helligkeitsbild und macht damit auch Helligkeitsfehler erkennbar. Durch die beschriebenen Eigenschaften kann die „Shape from Shading“-Technologie die Probleme der optischen Oberflächenkontrolle lösen. Sie ermöglicht als universeller Ansatz ein sicheres Unterscheiden zwischen Gut- und Schlechtteilen. Für die Qualitätskontrolle ist aber nicht nur die Messzeit pro Produkt relevant, sondern auch, dass das Prüfsystem auch bei Produktwechseln möglichst schnell zum Einsatz kommt. Die standardisierte Trevista- Cam ermöglicht als einsatzbereites Komplettsystem eine schnelle Inbetriebnahme. Die Prüfsoftware erlaubt es auch Einsteigern, komplexe Prüfaufgaben für Bauteile einfach per Drag-and-Drop in wenigen Stunden anzulegen. Der Anwender wählt für den „Teach-in“ per Mausklick aus, welche Ergebnisbilder er auswerten möchte und definiert den relevanten Bereich sowie die Fehler darin, die erkannt werden müssen. Im Messbereich mit 45 mm Durchmesser kann dann die eingelernte Prüfung schnell und objektiv über Millionen von Prüfteilen erfolgen. Freiformflächen mit Neigungen bis etwa 15° sind dabei un problematisch, ebenso metallische oder glänzende Oberflächen. www.sac-vision.de TechnologyVielfältig. Innovative Infrared Könnte es sein, dass Sie sich auch für besonders schnelle, robuste, leichte, exakte, individuelle und günstige Gerätevarianten zur berührungslosen Temperaturmessung im Bereich von –50 °C bis +3000 °C interessieren? Oder für Infrarotkameras? Schauen Sie doch mal rein: www.optris.de Wie Sie es auch drehen und wenden: Der Variantenreichtum unserer Infrarot-Thermometer bietet alle Spektral-, Temperatur- und Dynamikbereiche. 22.–24.11.2016 Besuchen Sie uns in Halle 4A, Stand 126

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