Oberflächenprüfung

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.

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.

Oberflächenprüfung: Oberflächendefekte einer Metallwalze als 3 D Punktewolke

Grundlagen & Methoden der Oberflächenprüfung

Es gibt verschiedene Methoden der Oberflächenprüfung, die bis heute angewendet werden, aber im Rahmen der Qualitätssicherung in Industrieunternehmen nach und nach abgelöst werden durch automatisierte Methoden wie Inline-Oberflächenprüfung direkt im Produktionsprozess.

Methoden der Oberflächenprüfung:

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:

Es wird zuerst das Bild eines fehlerfreien Werkstücks eingelernt (Golden Sample) . Dann werden alle Bilder mit diesem Golden Sample verglichen und die Unterschiede angezeigt.
Bei der analytischen Methode werden die Defekte in Länge und Breite vermessen und mit einem Toleranzfeld verglichen. Sind die Defekte größer als die erlaubte Toleranz, wir das Teil als Ausschuss abgewiesen. Diese Methode erfordert komplexe und robuste Algorithmen und ist eine quantitative Methode, ohne dass die Defekte in allen 3 Dimensionen vermessen werden. Da es sich um 2 D Kameras handelt, können die Defekte nur in Breite und Länge, nicht aber in der Tiefe vermessen werden.
Die Oberfläche wird z.B. mit Hilfe eines 3D Laser Linien Scanners in Form einer dreidimensionalen Punktewolke erfasst. Auf dieser Punktewolke lassen sich Defekte quantitativ vermessen, d.h. also jeder Defekt hat eine Länge, Breite und Tiefe, also ein Defektvolumen. Die 3D Vermessung von Oberflächendefekten erlaubt daher quantitative Aussagen zur den Oberflächendefekten in allen 3 Dimensionen.

3D Oberflächenprüfung mit QuellTech

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.

Oberflächenprüfung einer Metalloberfläche

3D und 2D Darstellung von Oberflächendefekten auf einer Metalloberfläche

Welche Vorteile bietet die Oberflächenprüfung von QuellTech?

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.

Keine Diskussion zwischen Lieferanten und Abnehmern über gut/schlecht. Zum Beispiel bei Edelstahltafeln lässt sich genau messen und im Ergebnisbildschirm anzeigen, wie viele Defekte welcher Größe sich auf einer Fläche befinden. Somit lässt sich die Oberfläche automatisch in definierte Qualitätsklassen einteilen.
Keine Zeitunterbrechung des kontinuierlichen Produktdurchlaufs, da durch die Inline-Messung die Taktzeit in der Produktion nicht verlängert wird. Eine kontinuierliche Aufzeichnung der Ergebnisdaten ermöglicht zusätzlich eine lückenlose Rückverfolgbarkeit.
Statistische Funktionen ermöglichen die Planung einer vorausschauenden Wartung (Präventive Instandhaltung) der Produktionsmaschine.

Anwendungsgebiete der Oberflächenprüfung

Bei der QuellTech Laserscanner gestützten Oberflächenprüfung gibt es eine große Anzahl von Anwendungsbeispielen, unter anderem diese:

Qualitätseinstufung in der Blechproduktion

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.

Oberflächenprüfung von Metallwalzen in der Papierproduktion

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 prüfen von Flanschanschlüssen

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.

Oberflächenprüfung mit mehreren Laser Scannern bei komplexen Geometrien

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.

Prüfung von Kunststoffteilen in der Autoindustrie

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

Schweißnahtkontrolle

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.

Oberflächenprüfung in der Batterieproduktion

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.

Endlosprodukte prüfen im Durchlauf in der Produktion

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.

Beispiele zur Oberflächenprüfung mit QuellTech

Wir haben in der Vergangenheit bei verschiedensten Projekten Quelltech-Lösungen zur Oberflächenprüfung eingesetzt. Hier finden Sie einen kleinen Auszug dieser Projekte:

Ergebnisbildschirm-Oberflächenprüfung

QuellTech-Produkte zur Oberflächenprüfung

Q6-D Laser Scanner Serie mit einer hohen Auflösung, großem Messbereich , robust gegen Fremdlicht geeignet für hochglänzende Oberflächen.

Zum Q6 Laser-Scanner

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

QuellTech Q5 Laserscanner

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