Control 2022: Fraunhofer Vision mit neuen Mess- und Prüfsystemen

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Der Fraunhofer-Geschäftsbereich Vision präsentiert bei der Control 2022 in Stuttgart (Halle 6, Stand 6301) eine Auswahl aktueller Mess- und Prüfsysteme mit Bildverarbeitung für die Qualitätssicherung in der Produktion. Themen-Schwerpunkt ist Machine Learning.

Für eine automatische Kontrolle, die zunehmend auf intelligenter Bildverarbeitung basiert, sprechen neben wirtschaftlichen Überlegungen insbesondere die Objektivität sowie die hohe Reproduzierbarkeit und Verfügbarkeit im Vergleich zur manuellen Prüfung. Gerade für hochvariante Aufgaben und bei schwierigen Entscheidungslagen werden zunehmend assistierende Prüfsysteme eingesetzt, die über ihre Eigenintelligenz den menschlichen Bediener kontextsensitiv unterstützen. Die durch Machine Learning verbesserte prädiktive Wartung eröffnet neue Möglichkeiten zur besseren Vorhersage und Vermeidung von Maschinenausfällen, beispielsweise indem neue Zusammenhänge in komplexen Daten erkannt und Prognosen für deren Entwicklung gezogen werden. Über diese Mess- und Prüfsysteme können sich die Besucher der Control 2022 am Fraunhofer-Stand informieren.

Neuorganisation der Fertigungstechnik

Das zentrale Exponat ist ein System zur Optimierung individualisierter Fertigungsabläufe mit optischer Sensorik und Robotik. Im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojekts SWAP (Heterogene, auslastungsoptimierte Roboterteams und Produktionsarchitekturen) entwickeln die Fraunhofer-Institute IPM, IOF und IPA ein System zur Optimierung individualisierter Fertigungsabläufe mit optischer Sensorik und Robotik, das als transportable Plattform bei der Control 2022 erstmals vorgestellt wird. Mit dem Ziel einer Neuorganisation der Fertigungstechnik ist die Schaffung einer resilienten und dynamischen Infrastruktur bei hoher Produktivität und Individualisierung geplant. So werden eine automatisierte beziehungsweise individualisierte Fertigung und eine präventive Steuerung der Fertigungsabläufe auch bei geringen Stückzahlen möglich sein.

Ein in einer Kabine platzierter Roboter, der durch KI-basierte Algorithmen gesteuert wird, pickt Bauteile aus einer Kiste einzeln auf und positioniert sie korrekt vor drei unterschiedlichen Sensoren. Die 3 Sensoren führen anschließend unterschiedliche Schritte aus: 3D-Vermessung der Bauteile mit den Verfahren der digitalen Mehrwellenlängen-Holographie sowie der Musterprojektion. Darüber hinaus ist eine markerlose Rückverfolgung der Prüflinge möglich.

Control 2022: Eine Auswahl der ausstellenden Fraunhofer-Institute

Systeme der Holotop-Sensorfamilie vom Fraunhofer IPM ermöglichen die schnelle und hochgenaue 3D-Vermessung von Bauteiloberflächen direkt in der Produktionslinie. Aktuell sind Systeme zur Erfassung von Flächen zwischen 15 × 15 und 200 × 150 Quadratmillimeter mit lateralen Auflösungen zwischen drei und 30 Mikrometern und Genauigkeiten bis unter 0,2 Mikrometern (3σ) verfügbar. Holotop-Systeme werden beispielsweise in der Qualitätskontrolle von metallischen Präzisionsflächen (insbesondere Dichtflächen) oder von Elektronikkomponenten (Mikrobump-Strukturen oder Hochstromplatinen) eingesetzt. Am Control-Messestand wird ein einsatzbereites Holotop-9M18-System präsentiert, welches die Vermessung einer Fläche von 18 × 18 Quadratmillimeter mit 9 Millionen 3D-Punkten in unter 60 Millisekunden ermöglicht. Dabei werden Einzelpunktwiederholgenauigkeiten von unter 1 Mikrometern (3σ) unter Produktionsbedingungen erreicht. Die Qualität der Messdaten wird anhand verschiedener Beispielproben illustriert, es besteht aber auch die Möglichkeit, eigene Proben live zu vermessen.

Qualitätsprüfung transparenter Objekte

Am Fraunhofer IOSB werden Sichtprüfsysteme unter anderem zur industriellen Inspektion von transparenten Materialien entwickelt. Bei der Control 2022 wird mit dem System „Purity“ eine Lösung zur 100-Prozent-Hochgeschwindigkeitsprüfung transparenter Objekte im Durchlauf bei einer Materialstromgeschwindigkeit bis zu drei Metern pro Sekunde präsentiert. Die Prüfung basiert auf eindeutigen und genormten Merkmalen und erfolgt mit großer Schärfentiefe. Fehler wie Spannungen oder Einschlüsse im Material werden zuverlässig erkannt. Adressiert werden Glasproduzenten, Folienhersteller, Hersteller optischer Komponenten oder Kunststoffproduzenten.

Prozessüberwachung mit Laser-Speckle-Photometrie

Die am Fraunhofer IKTS entwickelte Laser-Speckle-Photometrie (LSP) ist ein neuartiges Verfahren für die Inline-Überwachung industrieller Prozesse. Das robuste und kostengünstige System analysiert Oberflächeneigenschaften und zieht daraus Rückschlüsse auf Geometrie, Porosität oder Oberflächendefekte für fast alle Materialklassen. Speckle-Muster werden bereits seit den 1960er Jahren für die Bewertung qualitätsrelevanter Werkstoffgrößen und Defekte genutzt. Die LSP zeichnet sich durch einen einfachen und zugleich robusten Aufbau aus, der problemlos in die Prozessleittechnik integriert werden kann. Messung und Berechnung der gewonnenen Daten erfolgen in Echtzeit. Aktuell fokussiert man am IKTS die Inline-Prozessüberwachung etwa von additiven Verfahren, Beschichtungs- und biotechnologischen Prozessen.

Virtuelle Inspektionsplanung für adaptive Oberflächen

Das Fraunhofer ITWM zeigt ein robotergestütztes Inspektionssystem zur vollständigen Oberflächenprüfung industrieller Bauteile mit dem Fokus auf der Prüfplanung. Mit der neuen Entwicklung V-POI (Viewpoint of Interest) wird eine Simulationsumgebung zur Visualisierung der Prüfplanung vorgestellt, mit der die üblicherweise im Labor durchgeführte Konzeption eines Oberflächeninspektionssystems virtuell nachgebildet werden können. Durch den Einsatz von V-POI können die erforderlichen Komponenten und Konfigurationen evaluiert sowie erste Bilddatensätze simuliert werden, die für die weitere Entwicklung von Inspektionsalgorithmen (sowohl klassische Bildverarbeitung als auch auf maschinellem Lernen basierende Ansätze) benötigt werden. Darüber können spezifische Prüfsituationen bewertet werden, die während der Produktion auftreten können, um die Robustheit des Prüfsystems zu testen.

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