Optische Technologien aus niedersächsischen Hochschulen

OPTISCHE MESSTECHNIK UND SENSORIK 22 | 23
Optische Qualitätskontrolle
in der Fertigung
Die große Variation an Produkten hat im
Konsumgüterbereich zu einem Käuferverhalten
geführt, das durch Preis und individuelle
Formschönheit bestimmt wird. Oftmals
legen Kunden sogar mehr Wert auf
eine gefällige Formgebung als auf den technischen
Nutzen. In Kombination mit verbesserten
Fertigungsverfahren hat dies zur
Folge, dass in der Automobilindustrie
insbesondere die Karosserie aus individuellen
Formen besteht.
Die Fertigung individueller Freiformflächen
ist kompliziert: Eine Reihe mehrstufiger
Umformprozesse ist notwendig. In fertigungstechnisch
kritischen Bereichen des
Bauteils können dabei unerwünschte
Gestaltabweichungen auftreten.
Endabnahme einer Automobilkarosserie
Bei der Qualitätskontrolle überwiegen
derzeit manuelle Prüfverfahren wie zum
Beispiel die Verwendung von Schablonen,
der Sichttest nach Aufbringen von Glanzmitteln
wie Petroleum oder das Touchieren.
Diese Messverfahren sind nicht nur zeitaufwändig,
sondern auch subjektiv und erlauben
keine Quantisierung der Bauteilfehler.
pro Bauteil können mit diesen Messverfahren
nur Stichproben untersucht werden. Die
produzierten Bauteilmengen einer Charge
gehen in die tausende, so dass bei Bauteilfehlern
große Ausschussmengen und sehr
hohe Kosten entstehen.
Optisches 3D-Messsystem
Eine hundertprozentige Qualitätskontrolle,
die zugleich schnell und präzise ist, ist insbesondere
bei großen Bauteilen nur mit
optischen Messverfahren möglich. In der
industriellen Fertigung hat die 2D-Bilderfassung
und -verarbeitung mit Kamera und
Rechner bereits einen festen Platz eingenommen.
Dreidimensionale bildgebende
Verfahren sind wegen der hohen Datenraten
und der Komplexität noch nicht sehr
verbreitet. Ihr enormes Potential wird mit
der Entwicklung neuer Rechnerstrukturen
und -geschwindigkeiten aber immer weiter
ausgeschöpft. Mit heutigen PCs lassen sich
dank Hardwarebeschleunigung (Mikrokontroller,
FPGAs etc.) diese großen Datenmengen
in angemessener Zeit auswerten und
verarbeiten.
Dieses Potential hat das Institut für Fertigungstechnik
und Werkzeugmaschinen
(IFW) der Universität Hannover motiviert, ein
optisches 3D-Messsystem für die Detektion
langwelliger Gestaltabweichungen zu entwickeln.
Da eine hohe Messgeschwindigkeit
erforderlich ist, haben die Wissenschaftler
ein optisches Verfahren auf Basis der Streifenprojektion
gewählt.
Hohe Messgenauigkeit
Ein Streifenprojektor erzeugt auf dem zu
untersuchenden Bauteil ein Muster aus
hellen und dunklen Streifen. Bei Höhenunterschieden
im Bauteil verschieben sich
die Streifen und bilden eine detaillierte
Höhenkarte. Das Streifenmuster wird mit
einer Zeilenkamera aufgenommen und
ermöglicht so eine hohe Messgenauigkeit
und -geschwindigkeit in Zeilenrichtung.
Durch Verfahren des Bauteiles wird
eine flächige Aufnahme möglich, auf der
Beulen mit Ausdehnungen von 10 bis 100
Millimetern erkennbar werden. Die erreichbare
Tiefenauflösung von 30 Mikrometern
soll noch verbessert werden. Die Höhenunterschiede
sind in den Messdaten kodiert
und Gestaltabweichungen können durch
eine Passfilterung der Oberflächendaten
erkannt werden.
Mit diesem einfachen, aber effizienten und
schnellen Verfahren können Bauteile auf ihre
prinzipielle Eignung für die Weiterverarbeitung
untersucht werden. Die Wissenschaftler
des IFW sind dabei, dieses Messverfahren im
Rahmen eines Transferforschungsbereiches
weiterzuentwickeln. Um Bauteile noch
schneller und präziser untersuchen zu können,
setzen sie parallele Rechnerstrukturen und
Mikrokontroller ein, entwickeln zusätzlich
neue Projektoren und verwenden zwei
Zeilenkameras.
Bei Taktraten von vier bis zehn Sekunden
> Leibniz Universität Hannover
Institut für Fertigungstechnik
und Werkzeugmaschinen (IFW)
An der Universität 2
30823 Garbsen
> Forschungsbereiche
Fertigungsverfahren
Maschinen und Steuerungen
Fertigungsorganisation
Passfilterung der Oberflächendaten
> Kooperationspartner
VW Nutzfahrzeuge
> Firmengründungen
OSIF GmbH
Prinzip der Streifenprojektion
> Ansprechpartner
Dipl.-Ing. (FH). Dipl.-Phys. P. Huke
Tel.: 0511.762-18063
Fax: 0511.762-5115
Mail: Huke@ifw.uni-hannover.de
Web: www.ifw.uni-hannover.de