Detektion von Beschichtungen und Verunreinigungen im freien Fall

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  • Abb. 2: Auch komplex geformte Bauteile – wie dieses Testteil aus Aluminium – lassen sich im freien Fall auf gewünschte Beschichtungen und unerwünschte Verunreinigungen untersuchen.
  • Abb. 3: Das F-360°-System detektiert organische Substanzen wie filmische Verunreinigungen oder Partikel per Fluoreszenz. Ein Abgleich der Messwerte mit den CAD-Daten des Bauteils erlaubt dann die bildgebende Darstellung der Verunreinigungen auf dem Objekt – und das von allen Seiten.

Anforderungen an die Oberflächenqualität von Halbzeugen steigen stetig. Daher wird die Prüfung auf Restverschmutzungen oder passende Beschichtungseigenschaften immer wichtiger. Oft ist sogar die Prüfung des Bauteils von allen Seiten gefordert, was nur mit einem Handling-Schritt möglich ist, da die Bauteile immer auf einem Träger oder einem Förderband aufliegen. Das neue Inspektionssystem F-360° geht dafür einen völlig neuen Weg: Es prüft die gesamte Bauteiloberfläche per Fluoreszenz im freien Fall – ganz ohne Handling und mit nur einer gleichzeitigen Bildaufnahme von allen Seiten.

Oberflächen von Halbzeugen müssen immer speziellere und höhere Qualitätsanforderungen erfüllen. Daher rückt die Prüfung auf Restverschmutzungen oder passende Beschichtungseigenschaften immer mehr in den Fokus. Doch bei der Implementierung geeigneter Prüfsysteme gibt es zwei große Herausforderungen: Zum einen treibt die Vielfalt an Bauteilen die Handlingkosten in die Höhe. Zum anderen stellt die Anforderung, die gesamte Oberfläche aller Teile in der Produktion zu qualifizieren, die automatische Bildverarbeitung vor nahezu unlösbare Probleme. Das neue Inspektionssystem F-360° geht daher einen völlig neuen Weg: Es prüft die gesamte Bauteiloberfläche im freien Fall – ganz ohne Handling, mit einer gleichzeitigen Erzeugung von Bildern des gesamten Bauteils.

100 % Prüfung der Oberfläche

 

Das F-360° Inspektionssystem prüft die Oberfläche von Bauteilen und Schüttgut wie Umform-, Stanz-, Schmiede- oder Gussteile vollständig von allen Seiten. Filmische Verunreinigungen und Beschichtungen kann das System quantitativ und ortsaufgelöst messen. Die Ergebnisse werden nicht nur als Bild dargestellt, sondern gleichzeitig erfolgt auch eine Einteilung in i.O / n.i.O. Teile. Unterschiedliche Bauteile können ohne Handling- oder Umrüstaufwand inspiziert werden. Bei einer Taktrate von bis zu zwei Objekten pro Sekunde ist das Inspektionssystem für den Inline-Einsatz geeignet. Eine Einschränkung in puncto Komplexität der Bauteile gibt es praktisch nicht. Die Oberfläche muss lediglich optisch zugänglich sein.

Fluoreszenzmessung im freien Fall

Das F-360° Inspektionssystem inspiziert die Objekte im freien Fall: Das Objekt fällt durch eine Öffnung in das System und wird von einer Lichtschranke erfasst.

Ein Zeittrigger schaltet mehrere UV-LED, die das Objekt im passenden Raumvolumen von allen Seiten beleuchten. Gleichzeitig nehmen mehrere Kameras das Objekt aus unterschiedlichen Raumrichtungen auf. Auf diese Weise wird die Objektoberfläche in einem einzigen Aufnahmevorgang zu 100% erfasst. Organische Substanzen fluoreszieren bei UV-Beleuchtung im sichtbaren Wellenlängenbereich und können von den Kameras mit hoher Sensitivität ortsaufgelöst erkannt werden. Verunreinigungen wie Öltröpfchen und filmische Restbelegungen werden quantitativ charakterisiert. Es kann also die Schichtdicke bzw. die Massenbelegung angegeben werden. Gleichzeitig zur Fluoreszenzmessung werden auch Bilder vom Objekt aufgenommen, die die Orientierung des Objekts erfassen. Mit deren Hilfe wird per CAD-Daten-Abgleich eine Typenerkennung vorgenommen. Ein Mapping der beiden Verfahren erlaubt die örtliche Zuordnung der Fluoreszenzsignale und damit die bildgebende Darstellung der organischen Substanzen auf der Objektoberfläche.

Einfache und intuitive Auswertung

Das System stellt dem Bediener die Ergebnisse in einfach auswertbarer Form zur Verfügung. Fehlstellen sind intuitiv und schnell erkennbar, sodass eine geeignete Reaktion im Produktionstakt durchgeführt werden kann. Neben der Fluoreszenz können auch weitere Oberflächenmerkmale wie Verfärbungen, Risse oder Defekte erkannt werden. Als Ergebnis erhält man eine vollständige Oberflächenanalyse der gesamten Objektoberfläche: neben der lokal hochaufgelösten, quantitativen Messung einer Beschichtung oder filmischen Verunreinigung auch eine Defekterkennung.
Mit dem F-360° Inspektionssystem kann eine i.O. / n.i.O. Aussage objekt- und anforderungsspezifisch innerhalb einer Sekunde getroffen werden. Die Kriterien dafür können objektspezifisch angepasst und auf unterschiedliche Oberflächeneigenschaften eingestellt werden. Zudem kann die automatisierte Auswertung der Messergebnisse auf bestimmte Teiloberflächen beschränkt werden, sodass für die Bauteilbeurteilung nur relevante Oberflächenbereiche wie Dichtflächen oder Fügeflächen herangezogen werden.

Kein Handling – einfache Integration

Ein weiterer großer Vorteil des F-360° Inspektionssystems ist, dass zur Prüfung der Oberfläche kein aufwändiges Handling benötigt wird. Die Zuführung der Objekte ist maximal einfach und sehr universell gehalten. Auch bei hoher Teilevielfalt ist keine mechanische Anpassung notwendig, was üblicherweise komplex und teuer ist. Allein die Eingabe neuer CAD-Daten für neue Bauteile muss gewährleistet sein. Eine Umrüstung des F-360° Inspektionssystems auf neue Teile entfällt damit.
Da das F-360° System pro Sekunde die Objektoberfläche von bis zu zwei Bauteilen vollständig inspizieren und deren Ergebnisse auswerten kann, lässt sich das System problemlos in einen Fertigungsablauf integrieren. Der Teilevielfalt sind dabei kaum Grenzen gesetzt. Gleiches gilt für die Vielfalt der Anforderungen, denen der F-360° gerecht werden kann: Die Sauberkeit von Reinraum- und Vakuumbauteilen sowie die partielle Reinheit bei Füge-, Kleb- oder Dichtflächen kann ebenso charakterisiert werden wie die Vollständigkeit von beschichteten Gleit-, und Schutzschichten, bei denen die Schicktdicke gemessen werden muss.
Die Nachweisgrenze des F-360° Systems beträgt rund 10 mg/m²; diese wurde mit dem von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung zertifizierten Schmieröl BAM K009 bestimmt. Die Ortsauflösung des bildgebenden Verfahrens beträgt rund 100 µm. Aktuell erfasst das F-360° System Objektgrößen bis 10 x 10 x 10 cm³ bei Taktzeiten von ca. 0,5 s. Das System kann auch an größere Bauteile angepasst werden. Auch die inline-fähige Mustererkennung arbeitet äußerst schnell: Sie wertet die Position, die Form und/oder die Menge der Verschmutzungen innerhalb von 30 Millisekunden aus.

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79110 Freiburg
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