Prozessintegrierte Blechinspektion Bleche direkt prüfen, statt Anlagen zu überwachen

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Fraunhofer-Institut für Physikalische Meßtechnik IPM

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MaSuB GmbH - Maschinen für die Schweißnahtvorbereitung und Blechbearbeitung

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Optische Systeme ermöglichen eine direkte und vollständige Qualitätsprüfung von Blechoberflächen an verschiedenen Stellen im Blechverarbeitungsprozess. Eine solche prozessintegrierte Inspektion – z. B. auf Maßhaltigkeit, Oberflächendefekte, Rauheit, Reinheit oder Beschichtungsqualität – senkt nicht nur Ausschussquote und Stillstandszeit, sondern ermöglicht es auch, Produktionsprozesse nachhaltig zu optimieren.

Heute erfolgt die Inspektion von Blechen und Blechbauteilen in der Regel erst am Ende des Fertigungsprozesses. Der Grund: Moderne Walz- und Presslinien sind so schnell, dass klassische Methoden der direkten Qualitätsprüfung am Objekt im Prozess in der Regel nicht mithalten können. Heute werden solche Prozesse daher mithilfe unterschiedlicher Sensoren überwacht, die aber nur indirekte Rückschlüsse auf die Blechqualität zulassen. Optische Messverfahren heben sich hier ab: Mit Lasern oder Kameras lässt sich die Qualität von Oberflächen und Beschichtungen oder auch die Maßhaltigkeit von Bauteilen hochaufgelöst prüfen – und das im Produktionstakt.

Dossier Schweißen

Schweißtechnik der Zukunft

Die Sensoren liefern wertvolle Messdaten, um Prozesse zu regeln und zu optimieren und damit Stillstand und Ausschuss durch fehlerhafte Bauteile zu minimieren. Das Freiburger Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM ist spezialisiert auf die Anwendung optischer Messtechniken in industriellen Prozessen. Dies erfordert neben wissenschaftlichem Know-how tiefen Einblick in die tatsächlichen Gegebenheiten in der Produktion. Zahlreiche Systeme wurden weltweit in Produktionslinien integriert. Sie kontrollieren Beschichtungsprozesse, prüfen die Oberflächenreinheit von Bauteilen zwischen einzelnen Verarbeitungsschritten, erkennen Oberflächendefekte oder Maßhaltigkeitsfehler und belegen, dass optische Messtechnik ein leistungsfähiges Instrument für die Inline-Qualitätsprüfung und Prozessoptimierung ist.

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Laserscanner für 100-%-Reinheits- oder Beölungsmessung mittels Fluoreszenz

Fluoreszenzbasierte Messungen eigenen sich zum Beispiel, um die Beölung oder andere funktionelle Beschichtungen auf Blechen, Bandware oder Bauteilen im Produktionsprozess hochaufgelöst und quantitativ zu messen. Die Messungen geben Aufschluss über Vollständigkeit und Dickenverteilung z. B. von Umform- oder Korrosionsschutzölen. Das Prinzip: Die meisten Beschichtungsmittel enthalten organische Komponenten, die mit einem UV-Laser zur Fluoreszenz angeregt werden können. Die Fluoreszenzaktivität kann mittels einer spektralen Filterung und einer sehr empfindlichen Detektionseinheit kontrastreich und eindeutig gemessen werden. Auf dem Messbild sind bereits wenige Milligramm pro Quadratmeter erkennbar. Das Prüfsystem F-Scanner 1D vom Fraunhofer-IPM nutzt eine Ablenkeinheit, die den Laserstrahl in einzelnen Linien über eine Breite von bis zu 2,1 Metern über die Bauteiloberfläche bewegt. Jede dieser Linien besteht aus 500 bis 1.000 einzelnen Messpunkten. Durch die Bewegung des Bauteils unter oder über dem Scanner – beispielsweise an einer Bandförderanlage – ergibt sich die vollflächige, ortsaufgelöste Information über die Ölauflage oder Beschichtung. Bis zu 800 Linien pro Sekunde beträgt die Scangeschwindigkeit, sodass auch bei schneller Bewegung eine millimetergenaue Auflösung erreicht wird.

Nach demselben Prinzip lassen sich umgekehrt auch unerwünschte Rückstände ähnlicher Substanzen auf Oberflächen aufspüren. Ein Beispiel für den erfolgreichen Einsatz des F-Scanners in der Produktion ist die Prüfung von Schmiermittelschichten bei der Umformung von Aluminium für die Automobilaußenhaut. Ein US-amerikanischer Automobilhersteller nutzt gleich vier F-Scanner, um die Schmierstoffbelegung auf bis zu vier Meter breiten Aluminiumblechen beidseitig zu prüfen. Die Messungen erfolgen ortsaufgelöst mit Millimeter-Auflösung – im Produktionstakt bei einer Vorschubgeschwindigkeit von bis zu 150 Meter pro Minute. Im Ergebnis entsteht eine hochaufgelöste Karte der Schmiermittelverteilung, die Abweichungen von der vorgegebenen Schichtdicke, insbesondere trockene Streifen, sichtbar macht und gleichzeitig die Qualität dokumentiert.

Bei umgeformten Blechbauteilen kann der Fluoreszenz-Scanner kritische Stellen, an denen weitere Verarbeitungsschritte wie z. B. Schweißen, Löten, Kleben oder Beschichten ansetzen, gezielt mit Blick auf störende Rückstände untersuchen. Möglich macht dies eine besonders leichte und kompakte Version des Fluoreszenzscanners, die mithilfe von leichten Industrierobotern oder einer Linearachse sehr schnell über das Bauteil bewegt wird.

Multikamerasystem prüft auf Maßhaltigkeit und Oberflächendefekte

Neben Verunreinigungen oder inhomogenen Beschichtungen sind auch Abweichungen der Maßhaltigkeit oder Texturdefekte ein häufiges Problem in der Blechfertigung. Selbst wenige Zehntel-Millimeter kleine Risse, Löcher, Riefen, Konturfehler oder auch Prägefehler lassen sich mithilfe hochauflösender Kamerasysteme erkennen. Dazu werden die Bauteile oder Bleche auf einem Förderband durch einen Inspektionstunnel bewegt, in dem sie von einer Vielzahl an Kameras aus verschiedenen Perspektiven aufgenommen werden. Die Beleuchtungstechnik sorgt für eine schlagschatten- und reflexfreie Ausleuchtung der Bauteile. Im Inspektionstunnel lassen sich unterschiedliche Bauteilvarianten prüfen, ohne Anpassungen am Messsystem vornehmen zu müssen. Die Bilder werden in Echtzeit verarbeitet und ausgewertet, wobei auch KI-basierte Algorithmen bestimmte Defekttypen erkennen und klassifizieren.

Fraunhofer-IPM auf der Blechexpo: Halle 5, Stand 5505

Weitere Meldungen zur Blechexpo finden Sie in unserem Special.

„Mehr Effizienz im Presswerk“

Von den Details bis zum großen Ganzen

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