Innovative Technologien für die industrielle Qualitätssicherung mit Bildverarbeitung

m ersten von zwei Technologietagen in diesem Jahr hat die Fraunhofer-Allianz Vision Ende Juni nach Kaiserslautern eingeladen. Unter dem Titel: »Innovative Technologien für die industrielle Qualitätssicherung mit Bildverarbeitung« wurden den rund 130 Teilnehmern an zwei Tagen die Möglichkeiten und Grenzen verschiedener Bildverarbeitungstechnologien aufgezeigt. Mit Bezug zum Vortragsprogramm fand außerdem eine begleitende Fachausstellung statt, mit zahlreichen aktuellen Exponaten und anschaulichen Praxisdemonstrationen.

Die Technologietage der Fraunhofer-Allianz Vision sind als »Überblicksveranstaltung« über die Möglichkeiten und Grenzen verschiedener Bildverarbeitungstechnologien konzipiert (Bild 1). Durch die Vorstellung aktueller Technologien erhalten die Teilnehmer Informationen zum aktuellen Stand der Technik und zukünftiger Entwicklungen. Dieses Wissen dient als Orientierungshilfe bei der Auswahl der geeigneten Mess- und Prüftechnik zur Bewältigung der eigenen Prüfaufgaben. Dementsprechend groß spannt sich deshalb auch der Rahmen der vorgestellten Technologien, die in den zwei Themenblöcken »Messen und Prüfen im Materialinneren« sowie »Oberflächenprüfung und 3-D-Vermessen« präsentiert wurden.

In der begleitenden Fachausstellung wurden die Innovationen »live« vorgestellt (Bild 2). Der direkte Dialog mit den Experten eröffnete den Teilnehmern zudem die Möglichkeit, individuelle Aufgabenstellungen zu diskutieren. Besonders zahlreich vertreten waren Anwender aus Schlüsselbranchen wie der Automobil- und Zulieferindustrie. Gerade in diesem Segment sind einwandfreie Bauteile von großer Bedeutung, so dass eine durchgängige Qualitätskontrolle unabdingbar ist. Dementsprechend groß war die Nachfrage gerade aus diesem Branchenumfeld, das etwa ein Drittel aller Teilnehmer stellte.

Messen und Prüfen im Materialinneren

Zur Prüfung von Werkstücken im Materialinneren stehen unterschiedlichste Technologien zur Verfügung. Neben den im Folgenden vorgestellten Verfahren der Computertomographie und der Terahertz-Technik, können je nach Prüfaufgabe z. B. auch die Wärmefluss-Thermographie oder die Prüfung mit Ultraschall Anwendung finden.

Die 3-D-Röntgen-Computertomographie (CT) ermöglicht die komplette Erfassung eines Objekts mit all seinen innenliegenden Strukturen und die Bestimmung aller wesentlichen Fehlermerkmale (Bild 3). Diese Technologie kann mittlerweile auch zur prozessintegrierten Inline-Prüfung eingesetzt werden: Mithilfe eines extrem robusten Detektors, der durch kurze Belichtungszeiten bis zu einer Millisekunde eine schnelle Datenaufnahme erlaubt, und neuartigen und hocheffizienten Algorithmen zur Kombination von Volumenberechnung und Bildauswertung kann ein Objekt mittels 3-D-CT innerhalb von 30 Sekunden vollumfänglich geprüft werden. Anwendungsgebiete finden sich vor allem in der automatischen Gussteilprüfung, wo beilsweise die Detektion von Lunkern, Poren und Fremdeinschlüssen möglich ist.

Die Computerlaminographie ist eine besondere Variante der Computertomographie (CT) (Bild 4). Gegenüber der CT hat die Laminographie den Vorteil, dass auch große, flächige Objekte mit hoher geometrischer Auflösung untersucht werden können. Mittels einer Erweiterung können etablierte CT-Systeme um laminographische Fähigkeiten ergänzt werden. Mit Computerlaminographie werden schon seit Jahren erfolgreich Untersuchungen von elektronischen Leiterplatten durchgeführt, wenn optische Prüfmethoden nicht angewendet werden können. Weitere mögliche Anwendungen sind die Prüfung flächiger Bauteile aus faserverstärkten Kunststoffen, wie sie in der Luft- und Raumfahrt, in Windkraftanlagen oder im Automobilbau zum Einsatz kommen.

Zwischen Mikrowellen und Infrarotstrahlung ist der Frequenzbereich der Terahertz-Wellen angesiedelt. Mit einer hohen Eindringtiefe und einer geringen Streuung bei gleichzeitig guter räumlicher Auflösung vereinigt die Terahertz-Strahlung die Vorteile angrenzender spektraler Bereiche. Obwohl bereits einige unterschiedliche Terahertz-Techniken zur Verfügung stehen, ist diese Technologie im industriellen Einsatz noch relativ jung. Eine Vielzahl von Anwendungen ist hier denkbar, z. B. zur berührungslosen und zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken.

Oberflächenprüfung und 3-D-Vermessen

Inspektion von Oberflächen und optische 3-D-Messtechnik sind klassische Anwendungsfelder der industriellen Bildverarbeitung. Eine Vielzahl von unterschiedlichen Technologien kann hierbei zum Einsatz kommen. Gerade bei spiegelnden oder teil-spiegelnden Oberflächen stoßen gängige Inspektionsverfahren jedoch oft an ihre Grenzen. Hier können deflektometrische Verfahren herangezogen werden, wobei sowohl die Vermessung lokaler topographischer Defekte als auch die 3-D-Modellgenerierung großer und komplex geformter Objekte möglich ist (Bild 5). Damit steht für solche Oberflächen eine optische Inline-Messtechnik zur Verfügung, die die klassische qualitative Prüfung um eine quantitative Messung ergänzt und damit eine robuste Defekterkennung und -bewertung ermöglicht.

Ein weiteres Verfahren zur 3-D-Oberflächenvermessung ist die digitale Holographie, die mittlerweile aus dem Labor ihren Weg in die Produktionsumgebung gefunden hat. Mithilfe holographischer Verfahren können relevante Mikrostrukturen innerhalb von nur einer Millisekunde erfasst werden. Die digitale Holographie arbeitet nicht scannend und kommt stattdessen mit einer flächigen blitzartigen Belichtung aus. Dabei beleuchtet ein aufgeweiteter Laserstrahl die zu vermessende Oberfläche und wird nach der Reflexion mit dem Ursprungslaserstrahl überlagert. In der dann vorliegenden Interferenzwelle sind alle notwendigen 3-D-Informationen der beleuchteten Oberfläche enthalten. Das zugrunde liegende Verfahren der digitalen Holographie arbeitet zusätzlich sehr tolerant gegenüber leicht spiegelnden oder rauen Oberflächen. Die hohe Vibrationsunempfindlichkeit des gesamten Systems erlaubt eine einfache Integration selbst in raue Produktionsumgebungen.

Kasten:

Die Fraunhofer-Allianz Vision veranstaltet am 23. und 24. November 2011 am Fraunhofer IFF in Magdeburg einen weiteren Technologietag. Weitere Informationen und Anmeldung bei der Fraunhofer-Allianz Vision, Ulrike Persch Telefon: +49 9131 776-5800, E-Mail: vision@fraunhofer.de oder unter http://www.vision.fraunhofer.de/webshop/veranstaltungen_seminare.php.

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