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micro epsilonfb20215Anwenderbericht

Im November 2014 zeichnete das Bayerische Staatsministerium Micro-Epsilon für das Oberflächeninspektionssystem „Reflect Control“ mit dem Sonderpreis in der Kategorie „Kooperation Wirtschaft-Wissenschaft“ aus. Damit würdigte die Jury insbesondere die gemeinsame Leistung im Projekt „ForsO“, das von der Bayerischen Forschungsstiftung gefördert wurde und an dem sich neben Micro-Epsilon das Institut Forwiss der Universität Passau sowie das BMW Werk Dingolfing beteiligten. Die nachfolgende Anwendung kommt aus der Automobilfertigung.


Jeder Autokauf ist eine höchst emotionale Angelegenheit: ein potentieller Käufer ist nur dann bereit den vollen Preis zu zahlen, wenn er vom Gegenwert der angebotenen Ware absolut überzeugt ist. Speziell bei Fahrzeugen spielt die optische Perfektion dabei die entscheidende Rolle, ist sie doch maßgeblich für den ersten Eindruck verantwortlich der später nur noch schwer beeinflusst werden kann. Selbst ein relativ kleiner Fehler im ansonsten makellosen Lack wird hier zur Verunsicherung des Käufers führen mit teilweise drastischen Folgen: Internet-Foren belegen Fälle von Rabattverhandlungen, im Extremfall wird auch ganz vom Kauf zurückgetreten. Leider ist dies trotz der optimierten Lackierungstechniken von heute keine seltene Situation.

Defekterkennung von Tageszeit abhängig

micro epsilonfb10215Um derartige Szenarien zu vermeiden, treiben Fahrzeughersteller einen bedeutenden Aufwand für die Oberflächenüberprüfung. Spezielle Lichttunnel werden verwendet um Belichtungsbedingungen zu schaffen, mit denen eine Defekterkennung bis in den zehntel Millimeterbereich möglich wird. Trotz all der technischen Hilfsmittel sind visuelle Sichtkontrollen nie sehr zuverlässig. Bekanntlich variiert die Erkennungsrate mit der Tageszeit und wird sehr stark von menschlichen Eigenschaften wie Ermüdung oder Konzentrationsschwankungen beeinflusst. Der Sensorspezialist Micro-Epsilon löst dieses Problem mit dem Messsystem Reflect Control. Die manuelle Sichtkontrolle wird durch ein reproduzierbares vollautomatisches System ersetzt, das ähnlich wie ein Lichttunnel arbeitet. Basierend auf dem Prinzip der Deflektometrie, wird die Oberfläche des Fahrzeuges als Spiegel verwendet.

Eine Lichtquelle erzeugt wechselnde helle und dunkle Streifen auf dem Fahrzeug. Lackdefekte verursachen Verzerrungen in den gespiegelten Bildern, die automatisch erfasst und klassifiziert werden. Alternativ können die erkannten Defekte auch automatisch am Fahrzeug markiert werden, was die Nacharbeit deutlich erleichtert. Durch die zuverlässige Erkennung von Defekten direkt nach der Lackierung reduziert das Inspektionssystem die Anzahl der Defekte, die in die nachfolgenden Produktionsstufen übernommen werden auf ein Minimum. Angesichts exponentiell steigender Kosten für die Beseitigung eines Defekts, je später er im Prozess entdeckt wird, bietet Reflect Control ein jährliches Einsparpotenzial in Millionenhöhe für jeden Automobilhersteller.

Prinzip der Deflektometrie

Im Gegensatz zu herkömmlichen optischen Ansätzen, bei denen die Oberfläche von einer Punktlichtquelle beleuchtet und das diffus reflektierte Licht von einer Kamera aufgenommen wird, verwendet die Deflektometrie eine Fläche als Lichtquelle, deren Direktreflexion ausgewertet wird. Grundsätzlich erlaubt dieser Ansatz erst die Inspektion von Objekten mit hochglänzenden Oberflächen wie lackierte Teile eines Fahrzeuges, wo alternative Ansätze mit der Auswertung von diffuser Reflexion versagen. Zudem reagiert das System extrem empfindlich auf Änderungen in der Oberflächenkrümmung, was die präzise Fehlererkennung im Bereich weniger Mikrometer erst ermöglicht.

micro epsilonfb30215Doch Deflektometrie ist nicht gleich Deflektometrie: Das Herzstück der zuverlässigen Defekterkennung bildet die verwendete „Multi-Image Aufnahme“. Dazu erzeugt der Monitor ein sinusförmiges Streifenmuster welches in mehreren Phasenschritten verschoben wird, wobei die Kameras jeweils eine Aufnahme der Oberfläche machen. Anschließend wird das Muster um 90° gedreht und der Vorgang wiederholt. Dieser aufwändige Prozess der Datenaufnahme ermöglicht eine perfekt gleichmäßig hohe Auflösung über die gesamte Oberfläche. Dadurch wird jeder Fehler unabhängig von der Position auf der Oberfläche und seiner Ausrichtung sicher erkannt.

Darüber hinaus werden unvermeidbare statistische Fehlereinflüsse der Bilder nicht als Pseudo-Fehler eingestuft, da sich diese bei der Verrechnung der Bilder selbstständig aufheben. In Verbindung mit komplexen Bildverarbeitungsalgorithmen erkennt Reflect Control alle Defekte, die typischerweise auf der Fahrzeugkarosserie zu finden sind wie: Berührungen, Einschlüsse/Wölbungen, einlackierte Fussel/Haare, Kleberückstände, Sprenkelungen, Krater, Lackablösung, Lacktropfen, Läufer, Nadelstiche, Overspray, Pressfehler, Riefen, Rohbaufehler, Schieberabzeichnungen, Schleiffehler, Schweißperlen, Spucker, Stippen, Teil-/Magerlackierung, Verschmutzungen und Wassertropfen.

Prüfung von Fahrzeugen

Die Inspektion der gesamten Karosserie auf Defekte bis herunter zu 0,3 mm Größe bei einer typischen Produktionsgeschwindigkeit von 40 bis 60 Fahrzeugen je Stunde gleicht einer Mammutaufgabe. Um dies bewältigen zu können, wird das Inspektionssystem in der Linie an bis zu vier parallel arbeitenden Robotern appliziert. Alle Systeme sind mit einem großen Monitor und 4 Kameras ausgestattet. Jede Kamera nimmt 8 Bilder pro Messposition auf, wobei jede Prüfung weniger als 1 s dauert. Bei üblichen Robotergeschwindigkeiten können somit ca. 30 Positionen innerhalb eines 60 s Zeitfensters überprüft werden. Mit dem Einsatz von 2 Megapixel Kameras, entstehen insgesamt ca. 7 Milliarden Grauwerte, die für jedes Fahrzeug aufgezeichnet und zeitnah verarbeitet werden müssen. Dies kann nur durch optimierte Software in einem dezentralen System erledigt werden.

100 Prozent Lackfehlerkontrolle

Das Oberflächeninspektionssystem Reflect Control Automotive ist in mehreren Linien im 3-Schicht-Betrieb zur Lackfehlerkontrolle von 100 % der gefertigten Modelle im Einsatz. Die Anlage läuft zur vollsten Zufriedenheit des Kunden. Generell kann die Technologie überall dort genutzt werden, wo spiegelnde und glänzende Oberflächen auf Fehler überprüft werden müssen. Weitere mögliche Einsatzbeispiele sind die Oberflächenqualitätskontrolle von Displays oder von Präzisionsoptiken, die beispielsweise in modernsten Weltraumteleskopen zum Einsatz kommen.

Der Autor Hannes Loferer ist Produktmanager Oberflächenprüfung bei der Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG in Ortenburg.
weiterer Beitrag des Herstellers          Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

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Di Dez 05 @09:00 Grundlagen der Funktionalen Sicherheit in der Prozesstechnik Veranstalter: Pepperl+Fuchs
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