Bei einer Oberflächenprüfung, wird die sichtbare Hülle eines Objekts geprüft. Hierbei sollen Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche gefunden werden, wie z.B. Dellen, Risse, Kratzer, Beulen. Ebenso sollen auch farbliche Veränderungen und flache Veränderungen der Oberflächenstruktur durch Schmutz oder Korrosion gefunden werden.
Oberflächenprüfung: Oberflächendefekte einer Metallwalze als 3 D Punktewolke
Die Oberflächenprüfung wird eingesetzt in Industrien die Produkte herstellen, bei denen die Ästhetik eine Rolle spielt, wie z. B. bei Edelstahl-Küchen-Zeilen, oder Auto-Karosserien. Ebenfalls wird die Oberflächenprüfung bei der Blech- und Stahlherstellung eingesetzt, dort wo Oberflächendefekte zur Festigkeitsminderung führen können. Beim Schweißen von Metallen wird die Oberflächenprüfung eingesetzt, um die Qualität der Schweißnaht und die Festigkeit der Verbindung beurteilen zu können.
Die Oberflächenprüfung kann im Vorfeld einer Produktherstellung wichtige Qualitätsmerkmale des Vormaterials sicherstellen und somit später teuren Ausschuss von Endprodukten vermeiden.
Die klassische Methode ist die Sichtprüfung eines Werkstückes durch Menschen. Dabei werden häufig bestimmte Beleuchtungen unter verschiedenen Winkeln eingesetzt, die ermöglichen die Kontraste der Oberfläche zu erhöhen.
Diese Verfahren unterliegen Schwankungen durch mangelnde Konzentration, persönliche Verfassung, Pausen etc. Insbesondere erlaubt dieses Prüfverfahren nur eine rein qualitative Prüfung, also nicht quantitativ. Mit anderen Worten: der Mensch kann zwischen gut/schlecht unterscheiden, aber er kann z.B. nicht die Tiefe eine Delle in µm erkennen.
Die automatisierte optische Oberflächenprüfung (Inline Prüfung) hingegen findet zunehmend Einsatz in industriellen Produktionsprozessen. Die Inspektion wird mit Hilfe von Zeilen- oder Flächenkameras durchgeführt. Mit Hilfe der Bildverarbeitung werden die gemachten Zeilen bzw. 2D Bilder verarbeitet. Hierbei gibt es drei Lösungsansätze zur Defektfindung:
3D und 2D Darstellung von Oberflächendefekten auf einer Metalloberfläche
Die Oberflächenprüfung von QuellTech wird mit Hilfe von 3D Laser Linien Scannern durchgeführt. Hierbei wird der Laser Scanner meist mittels einer Linearachse bewegt. Dabei projiziert der Laser Scanner eine Laserline von bis zu 1.000 mm Länge senkrecht auf die zu prüfende Oberfläche. Die Empfangseinheit des Laser Scanners empfängt die diffuse Reflektion der Laserlinien in einem Winkel von ca. 40°. Dadurch, dass die Entfernung und der Winkel zwischen Laserlinie und Empfangseinheit bekannt sind, kann mit hoher Genauigkeit ein 3D Profil der gemessenen Oberfläche berechnet werden. Nimmt man viele solcher Profile sequenziell in einer Bewegung auf, erhält man eine 3 D Punktewolke.
Die 3D Punktewolke wird dann durch einen Kalibrationsalgorithmus in mm Werte umgerechnet. Danach wird die kalibrierte Punktewolke von der QuellTech Bildverarbeitungssoftware eingelesen. Die Bildverarbeitungssoftware führt dann diverse Berechnungen durch zu Anzahl, Größe, Lange, Tiefe und Volumen von Oberflächendefekten. Diese Ergebnisse werden mit einem Toleranzfeld verglichen und in gut/schlecht sortiert.
Durch die hohen Scanraten der QuelTtech Laser Scanner von bis zu 200.000 Profilen/s können viele Laserprofile ohne Zeitverlust zu 100% im Durchlauf aufgenommen werden. Hierbei sind Auflösungen im Bereich von wenigen µm erreichbar.
Das Ergebnis einer QuellTech 3D Oberflächenprüfung wird dann am Bildschirm ausgegeben als farbig markierte Oberfläche, mit eine Gut / Schlecht Ampel, Anzahl der Fehler, und als Report mit den Rohdaten abgespeichert. Weiter kann eine Prozessfähigkeitsanalyse abgegeben werden. Die Ergebnisausgabe lässt sich flexibel den Bedürfnissen der Kunden anpassen und in vielen Sprachen anzeigen.
Im Vergleich zu kamerabasierten 2D Oberflächenprüfungen, kann die 3D Oberflächenprüfung von QuellTech eine echte quantitative Vermessung der Oberflächendefekte in 3 Dimensionen erreichen. Damit erhält man ein gemessenes Ergebnis in Zahlen für jede der drei Dimensionen: Breite, Tiefe und Länge eines jeden Defekts.
Bei der QuellTech Laserscanner gestützten Oberflächenprüfung gibt es eine große Anzahl von Anwendungsbeispielen, unter anderem diese:
Bei der Edelstahlblech und Aluminiumblech Produktion, wird eine Qualitätseinstufung der einzelnen Blechtafeln durch die 3 D Laser Scanner Oberflächenprüfung erreicht. Damit wird eine 100% Überwachung in der Blechproduktion erreicht.
Metallwalzen für die Papierproduktion mit ca. 3 m Durchmesser und 6 m Länge werden mit QuellTech Laserscanner auf Oberflächenfehler geprüft. Damit kann dem Kunden in der Endkontrolle nachgewiesen werden, dass die Oberfläche fehlerfrei ist. Falls dennoch Fehler detektiert werden, können diese Fehler noch vor Auslieferung der Walze nachgearbeitet und beseitigt werden. Vor dem Einsatz einer QuellTech Oberflächenprüfung war es vorgekommen, dass Oberflächenfehler erst beim Kunden entdeckt wurden und es musste eine aufwändige und teure Rücksendung erfolgen, damit die Fehler ausgebessert werden konnten.
Dichtflächen von Flanschanschlüssen müssen frei von Fehlstellen und Oberflächendefekten sein, um eine optimale Dichtigkeit zu erreichen. Somit können die QuellTech Laserscanner, neben der Oberflächenqualität, auch die Ebenheit prüfen.
Bei der Produktion von Gummidichtprofilen, die oft komplexe Geometrien aufweisen, werden mehrere Laser Scanner in verschiedenen Winkeln eingesetzt, um die komplette Hülle der Gummidichtung einer Oberflächenprüfung zu unterziehen. Diese Vorgehensweise kann sowohl bei Endlos-Profilen als auch bei sehr speziellen Profilesegmenten eingesetzt werden.
Bei der Inspektion von Kunststoffteilen wird mit Laser Scannern eine Oberflächenprüfung durchgeführt, zum einen bei Endlosmaterial wie auch bei komplexen Körpern. Hauptsächlicher Anreiz für die Oberflächenprüfungen bei Kunststoffen, sind ästhetische Gründe
Ein zunehmend wichtiger Anwendungsbereich ist die Schweißnahtkontrolle, bei der es sich im Prinzip um eine Oberflächenprüfung handelt. Dabei werden eine ganze Reihe von Schweißfehlern sichtbar, wie z.B. Poren, Einbrandkerben, Asymmetrien, Nahtüberhöhungen, Risse, Bauteilversatz, Endkrater und Schweißspritzer. Die Automatisierte Schweißnahtinspektion mit Laser Scannern ersetzt zunehmend die manuelle Sichtprüfung und erreicht damit eine höhere Effizient bei hoher und gleichbleibender Fehlerdetektionsrate.
Bei der Batterieherstellung werden sehr dünne Täger-Folien aus Kupfer mit diversen Materialien beschichtet. Dabei ist es wichtig, nicht nur die Schichtdicken zu messen, sondern auch Oberflächendefekte frühzeitig zu identifizieren, da diese Oberflächendefekte das spätere elektrische Verhalten der Batterie stark beeinflussen können.
Bei der Kabelproduktion wird auf den 360° des Umfangs mit typischerweise 4 Laserscannern die gesamte Oberfläche im Durchlauf erfasst. Dabei handelt es sich meist um Endlosprodukte. Wird ein Oberflächenfehler gemessen, so wird die Längenkoordinate des Fehlerortes aufgezeichnet, damit das defekte Segment später herausgeschnitten werden kann. In der Produktion von Endlosprodukten wird zum Teil mir sehr hohen Durchlaufgeschwindigkeiten gearbeitet, sodass auch hier QuellTech Laserscanner mit einer sehr hohen Scanrate (max. 200 kHz) zum Einsatz kommen.
Wir haben in der Vergangenheit bei verschiedensten Projekten QuellTech-Lösungen zur Oberflächenprüfung eingesetzt. Hier finden Sie einen kleinen Auszug dieser Projekte:
Ergebnisbildschirm-Oberflächenprüfung
Q6-D Laser Scanner Serie mit einer hohen Auflösung, großem Messbereich , robust gegen Fremdlicht geeignet für hochglänzende Oberflächen.
Q5-D Laser Scanner Serie mit einer mittleren Auflösung, großem Messbereich, sehr hoher Scan Rate, robust gegen Fremdlicht geeignet für hochglänzende Oberflächen.
Q6 Laser Scanner
Q5 Laser Scanner
Wir helfen Ihnen gern damit!
Stefan Ringwald
Technischer Berater
Wenn Sie Fragen zur Oberflächenprüfung haben oder eine Beratung von QuellTech zu diesem Thema wünschen, stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung.
Wir möchten Ihnen helfen, Ihre spezifische Messaufgabe zu evaluieren. Durch eine erste kostenfreie Testmessung Ihrer Anwendung können wir bereits frühzeitig eine Einschätzung zur Machbarkeit geben.
Es gibt immer Potential für Verbesserungen, wir helfen Ihnen dabei. Sprechen Sie uns an, um weitere Informationen zu erhalten oder einen Termin für eine Beratung zu vereinbaren.
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Ihr technisch fachkundiger Ansprechpartner, Stefan Ringwald, hilft Ihnen gerne weiter.
Unser Ziel ist es, Ihre spezifischen technischen Anforderungen für Ihre aktuelle Messaufgabe vollständig zu verstehen.
Dank langjähriger Erfahrung mit komplexen Aufgaben im Bereich der 3D-Lasermesstechnik erhalten Sie von uns fundierte Lösungsvorschläge.
