Um den CO₂-Ausstoß ihrer Fahrzeugflotten zu reduzieren hat die Automobilindustrie eine Reihe technischer Innovationen umgesetzt. Das Gewicht der Bauteile wir verringert, Reibungsverluste werden minimiert und eine möglichst große Menge des Abgasvolumens wieder in den Motorenkreislauf zurückgeführt. Moderne Bildverarbeitungssysteme übernehmen dabei die Qualitätskontrolle und tragen so den gewachsenen Ansprüchen der Industrie Rechnung

Die technischen Innovationen in der Automobilindustrie gehen mit Veränderungen in den bisherigen Fertigungsprozessen einher. Beispielsweise werden heutzutage die Zylinderbohrungen in den modernen Aluminiummotorblöcken mit einem thermischen Verfahren beschichtet, um sie vor ungewolltem Abrieb zu schützen. Die fehlerfreie Beschaffenheit dieser Oberflächen ist dabei maßgeblich entscheidend für die Funktion des Bauteils.
Im Zuge der Qualitätskontrolle erkennen Kamerasysteme an Bauteiloberflächen feinste Fehlstellen innerhalb exakt definierter Qualitätsgrenzen. Diese optische Inspektion ist prüferunabhängig und kann in kurzen Prüfzyklen erfolgen. Dadurch lässt sie sich in automatisierte Produktionsprozesse integrieren und liefert reproduzierbare Ergebnisse. Insbesondere für die Automobilindustrie sind diese Bedingungen von hoher Bedeutung.
Speziell für die Oberflächenprüfung von Bohrungen hat die Jenoptik-Sparte Industrielle Messtechnik einen Innenprüfsensor entwickelt, der dank eines 360°-Rundumblicks die Innenfläche der Bohrung ohne eine Eigenrotation inspiziert.

Einsatz in der Fertigungsumgebung
Um ein Prüfsystem anbieten zu können, das in den unterschiedlichen Bearbeitungsstadien eingesetzt werden kann, die Bohrungen automatisiert prüft und speziell an die Durchmesser der Bauteile angepasst ist, entwickelte Jenoptik spezielle Prüfmaschinen, die auf die besonderen Anforderungen von Kurbelgehäusebohrungen ausgelegt sind. Das Hommel-Etamic IPS B100 Image Processing System kann sowohl beim Prototypenbau als auch in der Serienfertigung eingesetzt werden. Der große Vorteil daran: Die im Entwicklungslabor gewonnenen Ergebnisse lassen sich reproduzierbar in die Serienfertigung übertragen. Diese Möglichkeit entspricht genau dem Grundbedürfnis in der Fertigung von Kurbelgehäusen - weg von der Werker bezogenen Sichtprüfung, hin zur reproduzierbaren, automatisierten Lösung.
Zunächst transportiert eine Rollenbahn das Werkstück zur Prüfstation. Dort wird es manuell oder automatisch positioniert. Je nach Taktzeit tauchen nun ein bis sechs Sensoren in die Bohrungen ein und scannen beim Zurückfahren die Innenfläche. Sind alle Bohrungen überprüft, wird das Werkstück anschließend wieder auf der Rollenbahn abgesetzt und der Prüfbefund wird automatisch an die Anlagensteuerung geliefert. Diese leitet das Werkstück dann je nach eingestellter Fehlerklassifizierung in die nachfolgende Fertigungslinie weiter oder schleust es aus dem Prozess aus.
Neben der erforderlichen Geschwindigkeit für den Einsatz in einer vollautomatischen Fertigungslinie bringen die Sensoren eine hohe Erkennungsleistung mit sich, indem sie die Bohrungen auf verschiedene Merkmale bei unterschiedlichen Oberflächenbeschaffenheiten hin prüfen. Herkömmliche Systeme erfordern für matte Oberflächen andere Sensoren als für glänzende oder spiegelnde Flächen. Der Hommel-Etamic IPS B100 bietet eine durchgängige Lösung sowohl für die einzelnen Oberflächen selbst als auch für die endbearbeiteten Flächen. Der Anwender muss daher nicht bei jedem Fertigungsschritt unterschiedliche Prüf- und Kameratechnik einsetzen sondern lediglich die Prüfmerkmale für die jeweilige Aufgabe definieren.
Das Messgerät besteht aus dem Innenprüfsensor IPS B100, der Linearachse mit integriertem Motorcontroller und Weggeber, einem Auswerterechner mit Software zur automatischen Bildauswertung einer Bildeinzugskarte sowie einem LED-Licht zur Hellfeldbeleuchtung. Diese Lichtquelle sorgt dafür, dass das System unabhängig von der jeweiligen Oberflächenbeschaffenheit eingesetzt werden kann.

360° Rundumblick
Für diesen Prüfablauf muss der Sensor nur in Z-Richtung gesenkt und gehoben aber nicht gedreht werden, denn der Kern der Prüfmaschine verfügt über eine Optik mit 360° Rundumblick, die ein Bild der Bohrungsinnenfläche erzeugt, sobald sie in die Bohrung gesenkt wird. Der Sensors verfügt zudem über einen Auflaufschutz. Das Gerät schaltet die Achsenbewegung sofort ab, wenn eine Relativbewegung zwischen Sensor und Tubus, also eine Kollision, erkannt wird.
Die Umfangslinien in der Bohrung werden in die Bildebene des Prüfsensors in Kreislinien abgebildet. Da ein CMOS-Bildaufnehmer dieses Bild kontinuierlich ringförmig scannt, entsteht durch die Vorwärtsbewegung des Ringsensors ein unverzerrtes vollständiges Bild der Innenfläche. Mit einer Bildaufnahme von etwa sieben Sekunden pro Zylinder lassen sich innerhalb kurzer Prüfzyklen die Bohrungen auf Fehlstellen untersuchen. Bei den Bohrungen in den Kurbelgehäusen liegt das Hauptaugenmerk auf dem Auffinden von Poren, klassifiziert in Größe, Anzahl, Häufigkeit und Abstand zueinander. Andere Anomalien wie Lunker, Kratzer oder Risse lassen sich ebenfalls feststellen.

Immer im Takt
Für die Prüfung von Reihen- und V-Motoren stehen drei Maschinenvarianten zur Verfügung: Eine zur manuellen Beladung für die Anwendung im Labor, eine automatisierte Version mit Zu- und Abführung der Bauteile über Fördersysteme und eine mit einem Roboter ausgestattete Variante für die größtmögliche Flexibilität.
Die Anzahl der eingesetzten Sensoren hängt von der erforderlichen Taktzeit ab. Ein Sensor erreicht bei der Prüfung eines Vierzylinder-Reihenmotors eine Taktzeit von 55 Sekunden. Diese reduziert sich auf 35 Sekunden, wenn sich zwei Sensoren auf der Horizontalachse befinden oder wie bei der Prüfung eines V-Motors jeweils auf der linken und rechten Seite. Die Prüfzeit an sich beträgt allerdings nur 25 Sekunden. Die restlichen zehn Sekunden benötigt der Werkstückwechsel. Die Einhaltung dieser Taktfrequenz ist notwendig, um die Oberflächen der Bohrungen überhaupt automatisiert prüfen zu können. Die Sensoren des Hommel-Etamic IPS B100 erreichen diese Taktvorgaben im Vergleich zu alternativen Systemen, da sie den kompletten Umfang abbilden können, ohne dass Werkstück oder Sensor rotieren müssen. Das bedeutet auch, dass die Prüfeinheit mit weniger mechanischen Komponenten auskommt. Das System wurde speziell für die Bohrungsdurchmesser von Kurbelwellengehäusen konzipiert und prüft Bohrungen zwischen 68 und 110 mm Durchmesser.

Fazit
Ob durch Handbeladung von Prototypen oder durch automatische Zuführung in der Serien-fertigung - die Prüfmaschine ist beim Handling genauso flexibel wie bei der Prüfung unterschiedlicher Oberflächen. Von matt bis spiegelnd gehont und für alle Aufbereitungs- und Bearbeitungszustände ist ein Sensor ausreichend. Und das langzeitstabil mit der gleichen Genauigkeit. So können nicht nur bei Neuentwicklungen Fertigungsrisiken minimiert werden.