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ңң Praxis-Plus Damit Reifen sicher rollen Tagtäglich hängt das Leben von Millionen Menschen von intakten Reifen an Autos und Flugzeugen ab. Die Reifenprüfgeräte der Carl Zeiss Optotechnik GmbH sorgen mit modernster Bildverarbeitung von STEMMER IMAGING für größtmögliche Sicherheit in diesem Bereich. tente, u.a. eines zum räumlichen Phasenshift, also der direkten Phasenmessung mit nur einem Shearing-Bild. Über 1.000 Messköpfe weltweit Die Intact-Systeme von Carl Zeiss Optotechnik sind bei allen namhaften Reifenherstellern sowie bei einer Vielzahl von mittelständischen Runderneuerungsbetrieben weltweit im Einsatz. Insgesamt sind bereits mehr als 1.000 Messköpfe installiert, darunter auch lizensierte Systeme mit Messköpfen von Zeiss. Für die Prüfung der Laufflächen werden die Messköpfe automatisch in den Reifen abgesenkt. Rund ein Drittel ihres Gesamtumsatzes erwirtschaftet die Carl Zeiss Optotechnik GmbH mit Sitz mit Anlagen zur zerstörungsfreien Reifenprüfung. Das bis 2015 als Steinbichler Optotechnik bekannte Unternehmen zählt in diesem Segment zu den weltweit führenden Anbietern und hat bereits Prüfanlagen für Reifen mit bis zu 4300 mm Durchmesser realisiert. Zum Einsatz kommen solche extremen Pneus in riesigen Fahrzeugen im Bergbau, doch weltweit werden auch neue und runderneuerte Pkw-, Lkw-, Flugzeug- und Motorradreifen und sogar die Rennreifen aller aktuellen Formel 1-Teams auf den Anlagen von Carl Zeiss Optotechnik auf Fehler untersucht. Mit diesem interferometrischen Prüfverfahren können bereits geringfügige Beschädigungen oder Defekte von wenigen Mikrometern an belasteten Bauteilen erkannt werden. Das Prüfobjekt wird dabei mit Laserlicht beleuchtet und durch eine CCD-Kamera mit einer so genannten Shearing-Optik betrachtet. Sie projiziert das Objektbild zweifach auf den Kamera-Chip, so dass dort ein Interferogramm entsteht. Unter Belastung verändert sich das vom Bauteil reflektierte Laserlicht. Durch die Überlagerung eines Bildes im unbelasteten Zustand mit einer Aufnahme unter Belastung lassen sich die Veränderungen eines jeden Bildpunktes erfassen. „Unser Ziel lautet 100 % Sicherheit, denn ein Reifenversagen im Betrieb oder schon beim Aufpumpen kann fatale Folgen haben“, weiß Huber. Im Rahmen des Prüfablaufs werden daher die Lauffläche und die Seitenwände der Reifen auf interne Ablösungen und Lufteinschlüsse untersucht, die mit bloßem Auge nicht erkennbar sind. „Erfahrungsgemäß werden z.B. bei der Prüfung von runderneuerten Lkw-Reifen etwa 20 Prozent der optisch einwandfreien Gebrauchtreifen von der Shearografie als unsicher klassifiziert“, untermauert Huber die Bedeutung der Anlagen. Auch wirtschaftlich rechnet sich der Einsatz der Shearografie-Technologie: Vor allem in der Runderneuerung profitieren die Kunden von Die Intact-Reifenprüfgeräte basieren auf dem optischen Messverfahren der Shearografie, das sich im Automotive-Bereich als Standard für die Reifenprüfung etabliert hat und in der Luftfahrt sogar gesetzlich vorgeschrieben ist. Jeder der vier Messköpfe erfasst zwei Sektoren im Winkel von 45 Grad. Bei der Reifenprüfung wird diese Belastung durch eine Variierung des Umgebungsdrucks erzeugt. Zwischen zwei Aufnahmen wird der Druck dazu um ca. 50 mbar abgesenkt. Eventuell im Reifen eingeschlossene Luftblasen dehnen sich in Folge dieses Unterdrucks aus und verformen die Oberfläche des Reifens an solchen Fehlstellen geringfügig. Durch einen Vergleich und die Auswertung der Ergebnisbilder lassen sich dann Rückschlüsse auf Art und Größe des Defekts ziehen. „Wir befassen uns schon seit ca. 1990 mit der Shearografie-Technologie“, erläutert Rainer Huber, der als Produktmanager NDT bei Carl Zeiss Optotechnik für die Entwicklung der Reifenprüfanlagen verantwortlich ist. Sein Unternehmen hält mehrere einschlägige Pa- Für die Prüfung der Laufflächen werden die Messköpfe automatisch in den Reifen abgesenkt. Kosteneinsparungen in Produktion und Einkauf, da schadhafte bzw. ungeeignete Karkassen gar nicht erst angekauft werden und die Kosten für deren Bearbeitung entfallen. Die Intact-Systeme arbeiten berührungslos und zerstörungsfrei und erfordern keinerlei Präparation der Reifenoberfläche, was die Anwendung einfach, schnell und kostengünstig macht. Nach dem Beladen der druckdichten Prüfkammer fahren die Messköpfe zunächst in den Reifenmantel hinein und werden dank automatischer Reifengrößenerkennung exakt für die Aufnahme der Lauffläche von innen platziert. Jeder der vier Messköpfe erfasst 08 STEMMER IMAGING NEWSLETTER Oktober 2016
ңң Praxis-Plus Auch beim Startschuss für die Entwicklung einer neuen Systemgeneration setzten Huber und sein Team erneut auf ihren bewährten Partner. Ausgangspunkt dafür war der Wunsch nach Standardisierung: „Im Laufe der Zeit hatten wir viele unterschiedliche Messköpfe entwickelt. Für die Zukunft wollten wir möglichst nur einen Typ für die verschiedenen Anwendungsfälle einsetzen.“ Rainer Huber, Produktmanager NDT bei Carl Zeiss Optotechnik, dahinter ein Intact-System mit Reifenwender dabei zwei Sektoren von 45 Grad. Danach werden die Messköpfe zur Untersuchung der Seitenwände von außen positioniert, wobei die Reifen einmal gewendet werden. „Im automatisierten Betrieb erreichen wir so Taktzeiten unter einer Minute für eine komplette Reifenprüfung“, so Huber. Bildverarbeitung als Basis Jede Messvorrichtung besteht aus vier Messköpfen, die je eine Kamera mit zugehöriger Optik enthalten. Die eingesetzten Kameras und weitere optische und elektromechanische Komponenten beziehen die Oberbayern schon seit Jahren von STEMMER IMAGING. „Um in ihren Märkten erfolgreich zu sein erwarten unsere Kunden zuverlässige Maschinen, die wir auf Basis unserer langjährigen Erfahrungen in diesem Bereich produzieren können“, erläutert Huber. „Bei den eingesetzten Komponenten ist es uns wichtig, einen zuverlässigen Partner mit entsprechendem Know-how und dem richtigen Produkt- und Serviceangebot an der Seite zu haben. Aus diesem Grund arbeiten wir zu allen Fragen der Bildverarbeitung schon seit vielen Jahren mit STEMMER IMAGING zusammen.“ Shearografie erlaubt eine Fehlererkennung im Mikrometerbereich Eine Herausforderung bestand dabei darin, die Messvorrichtungen so zu verkleinern, dass sie die Prüfung noch kleinerer Reifendurchmesser zuließen, ohne das Konzept von bis zu vier Messköpfen pro Messvorrichtung zu unverändern. Lag das Limit aufgrund der Messkopfabmessungen bislang bei 16 Zoll-Reifen, sollten nun auch Reifen bis 12 Zoll noch inspiziert werden können. In den Anlagen werden seit Jahren die monochromen Allied Vision-Kameras vom Typ Prosilica GC1380 mit Sony-ICX285-CCD-Sensor und einer Auflösung von 1388 x 1038 Pixel eingesetzt. Dieser Sensor ist besonders für Infrarot-Anwendungen ausgelegt und eignet sich in Kombination mit der von Zeiss für die Shearografie-Messung entwickelten Optik optimal für diese Anwendung. Kameramodifikation als Schlüssel zum Erfolg Bei der Neuentwicklung entschied sich Huber für eine Highspeed-Version dieser bislang verwendeten Kamera mit dem gleichen CCD- Sensor, die Allied Vision Manta G145B-30fps mit einer Bildrate von bis zu 30 Bildern pro Sekunde. Wegen der Abkündigung des darin verbauten Sony-CCD-Sensors bis zum Jahr 2020 erwartet Huber keine Probleme: „Da Allied Vision auch eine mechanisch identische CMOS-Kamera anbietet, ist eine einfache Austauschbarkeit gewährleistet.“ Mehr Kopfzerbrechen bereitete hingegen zunächst ein mechanisches Problem: In der Standardausführung waren die gewählten Manta-Kameras inklusive der Kabelanschlüsse zu lang, um auch die angestrebten 12-Zoll- Reifen mit vier Messköpfen in einer Messvorrichtung inspizieren zu können. „Hier konnte uns die Abteilung Hardwareentwicklung von STEMMER IMAGING mit einer spezifischen Modifikation helfen“, so Huber: „Die dortigen Experten entwickleten eine Gehäusevariante, bei der die Kabelanschlüsse in einem Winkel von 90 Grad zur Bildebene angeordnet sind und nicht wie beim Seriengehäuse linear.“ Die Länge jeder Manta konnte Die eingesetzte Manta-Kamera von Allied Vision – links im Seriengehäuse, rechts modifiziert für Zeiss Optotechnik so von 80 auf 64 mm verringert werden, womit die geometrischen Vorgaben eingehalten wurden, um nun auch Reifen mit 12 Zoll Durchmesser prüfen zu können. Seitdem werden alle Kameras für die Intact-Systeme vor der Auslieferung an Carl Zeiss Optotechnik in Puchheim entsprechend umgerüstet. Auch bei den eingesetzten Optiken und Kabeln konnte STEMMER IMAGING kundenspezifischen Service leisten und durch eine Blendenvoreinstellung und die Versiegelung aller Schrauben sowie protokollierte Tests der speziell zusammengestellten Kabel zum sicheren Langzeiteinsatz der Anlagen beitragen. In Entwicklung und Produktion bewähren sich die Reifenprüfsysteme aus Neubeuern täglich im weltweiten Einsatz. Sie tragen maßgeblich dazu bei, die Qualität von Reifen zu verbessern und auf hohem Niveau zu sichern. • VIDEO ANSEHEN In diesem Video zeigen wir das System und die Modifikationen: • HINTERGRUNDINFORMATION Mehr als 25 Jahre Erfahrung und Kompetenz in optischer Mess- und Sensortechnik prägen die Erfolgsgeschichte der Carl Zeiss Optotechnik GmbH (http://optotechnik. zeiss.com/). Seit 1987 entwickelt und vertreibt das Unternehmen hochpräzise optische Messsysteme und Softwarelösungen, die bei zahlreichen namhaften Industrieunternehmen und Forschungseinrichtungen eingesetzt werden. www.stemmer-imaging.com STEMMER IMAGING 09
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