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Länger, breiter, tiefer - 3D-Mess-Systeme für den industriellen Alltag

26.04.2001


Ob Fehler in Oberflächen oder exakte Abmessungen von Bauteilen - ohne automatische Bildverarbeitung kommt die industrielle Qualitätssicherung nicht mehr aus. Selbst in die dritte Dimension können die Prüfsysteme
mittlerweile sehen. Auf der Control in Sinsheim (Halle 3, 3407) zeigt die Fraunhofer-Allianz Vision einsatzreife Entwicklungen zur optischen Messtechnik.

Ohne Qualitätskontrolle verlässt kaum ein Produkt die Fertigung. Oberflächen etwa von Laminat oder Leder können während der Produktion gesichtet werden. Dafür gibt es leistungsfähige, zweidimensionale optische Messverfahren. Schwieriger wird es bei komplexen Bauteilen oder Werkstücken. Um zu überprüfen, ob die geometrischen Maße exakt den Vorgaben entsprechen, müssen nicht nur Länge und Breite, sondern auch die Tiefe vermessen werden. Dafür werden häufig noch mechanische Koordinatenmessmaschinen eingesetzt, die das Werkstück Punkt für Punkt abtasten. Bei harten, stabilen Prüflingen erzielen sie zwar hohe Genauigkeiten, erfordern jedoch lange Messzeiten. Schneller und robuster arbeiten berührungslose 3-D-Messverfahren.

Eine besondere Form dieser Messtechnik stellt das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF auf der Control vor: G-Scan. Dabei wird das Objekt aus unterschiedlichen Richtungen mit einem Streifenprojektor beleuchtet und gleichzeitig von mehreren feststehenden Kameras aufgenommen. Die hellen und dunklen Streifen der Projektion sorgen dafür, dass Größe und Kontur genau erfasst werden, die vielen Kameras ermöglichen die simultane Aufnahme aller Ansichten. Ein besonderer Clou auf der Control: Innerhalb weniger Minuten erhalten Besucher einen Aluminiumschlüsselanhänger mit ihrem verkleinerten Konterfei. Dafür wird der Kopf mithilfe von Streifenprojektion und Kameras in 10 Sekunden optisch vermessen. Die gewonnenen Daten werden direkt an eine Fräsmaschine übermittelt - fertig ist der Schlüsselanhänger.

Auf diese Weise zeigen die Forscher, wie zuverlässig und robust das System arbeitet. Weiterer Vorteil: es ist selbstkalibrierend, das heißt es sucht sich selbstständig Referenzpunkte für die Vermessung. Dadurch ist der Einsatz unabhängig von Temperaturschwankungen oder speziellen Messräumen. Selbst heiße Objekte etwa beim Schmieden oder Gießen lassen sich mit G-Scan überprüfen. Auch schwach glänzende Oberflächen können vermessen werden - ohne zusätzliches Einpudern oder Mattieren. Die Genauigkeit liegt bei 20 bis 50 Mikrometern, bei den Besucherköpfen - aufgrund der unvermeidlichen Bewegung während der Messzeit - bei etwa 0,3 Millimetern. Das Verfahren eignet sich zur Qualitätssicherung, beispielsweise im Formenbau; in der Medizin zur Darstellung von Kiefer- oder Gesichtspartien für die Chirurgie. Des Weiteren liefern die Daten aus den berührungslosen Messsystemen die Basis für Rapid-Prototyping- oder Reverse-Engineering-Verfahren.

Ein anderes 3-D-Mess-System stellen die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF vor: den VIRTUALINER 3DTM. Mit diesem System lässt sich die dreidimensionale Geometrie von Rohr- und Schlauchleitungen schnell und berührungslos erfassen. Die bisher eingesetzten mechanischen Lehren - einzeln angefertigte Negativ-Muster der Rohrleitung - werden damit überflüssig. Für die Vermessung fährt ein Lichtschnittsensor über die Oberfläche der Rohr- und Schlauchleitungen. Ein 5-Achs-Roboter sorgt dafür, dass sich der Sensor frei um das Objekt bewegen kann. Die direkte Kopplung von Lichtschnittsensor und Bewegungssystem ermöglicht erstmals kontinuierliche Messungen. Die Messdaten werden dabei in Echtzeit ausgewertet.

Interessant ist die Messmethode für die Qualitätssicherung beispielsweise für Automobilzulieferer, die gebogene Gummi- und Kunststoffschläuche oder gebogene Metallrohre herstellen. Zudem lässt sie sich bei der Prototypenentwicklung und beim Vorrichtungsbau nutzen. Messaufgaben der Online-3-D-Geometrieprüfung in bewegten Prozessen bzw. Fließprozessen, etwa zur Kontrolle von Endlos-Profilen, gewalzten Blechen oder Schweißnähten können mit dem VIRTUALINER 3DTM ebenfalls gelöst werden.

Neben den 3-D-Vermessungen zeigt die Fraunhofer-Allianz Vision noch weitere Lösungen für das maschinelle Sehen, etwa die Prüfung von Bohrungen oder Mikrostrukturen.

Ansprechpartner:
Dr. Gunter Notni, Telefon: 0 36 41/8 07-2 17, Fax: 0 36 41/8 07-6 02, notni@iof.fhg.de
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF
Dipl.-Ing. Dirk Berndt
Telefon: 03 91/40 90-2 24, Fax: 03 91/40 90-2 50, berndt@iff.fhg.de
Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF

Weitere Informationen finden Sie im WWW:

Dr. Johannes Ehrlenspiel | idw

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