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26.04.2010

Glänzende Ergebnisse

Automatische 100 %-Oberflächenkontrolle von Metallbälgen

Bei der Pforzheimer Witzenmann-Gruppe kontrollierten die Werker Metallbälge für die Benzineinspritzung lange Zeit manuell. Nun prüft eine Anlage mit drei Oberflächeninspektionssystemen von OBE, Ispringen, diese Bauteile vollautomatisch. Damit wurde die subjektive Inspektion von möglichen defekten Bauteilen objektiviert und der Pseudoausschuss minimiert.

Metallbälge, hergestellt von der Witzenmann-Gruppe, Pforzheim, werden in Fahrzeugen für die Benzineinspritzung verwendet (siehe Textkasten). Diese Dichtelemente müssen sowohl beweglich als auch für extreme Druckbelastungen und Temperaturschwankungen ausgelegt sein. Eine Nullfehlerproduktion der Bauteile ist für die Automobilkunden unabdingbar. Bereits kleinere Oberflächendefekte oder Kratzer führen zu nennenswerten Qualitätsmängeln.

Die rotationssymmetrischen Teile können materialbedingt kleine Risse und Kerben von wenigen Mikrometern aufweisen und müssen nach dem Produktionsprozess detektiert und aussortiert werden. Aufgrund des Glanzes der Oberfläche, sowohl an der Stirn- als auch an der Mantelfläche, ist es schwierig, mögliche Fehler zu identifizieren. Daher wird bei der manuellen100-Prozent-Inspektion aus Vorsichtsgründen ein hoher Prozentsatz an Metallbälgen aussortiert, die keine Fehler im Sinne der Funktionsfähigkeit aufweisen. Neben der Ungenauigkeit der manuellen Prüfung sind die Qualitätskosten personalbedingt hoch.

Auch die Standard-Bildverarbeitung stößt bei der Inspektion von Oberflächen an technische Grenzen. Gerade bei Bauteilen aus Metall sorgen unterschiedlich glänzende Oberflächen für Schwierigkeiten. Glanzstellen in direkter Nachbarschaft zu dunklen Bereichen des Bildes lassen nur grobe Aussagen über die Oberfläche zu. Die Wahl einer geeigneten Beleuchtung erfordert einen Prozess von Trial and Error, oft mit ungewissem Ausgang. Zusätzlich bereiten gekrümmte Oberflächen Schwierigkeiten.

Mit dem von OBE, Ispringen, entwickelten Oberflächeninspektionssystem Trevista lassen sich speziell metallische Oberflächen prüfen (siehe Textkasten). Bei diesem Verfahren wird ein Prüfteil in mehreren Schritten strukturiert beleuchtet. Zusammen mit einem speziellen Berechnungsalgorithmus liefert der Prozess hochwertige Bilder für die nachfolgende automatische Bewertung.

Die hohe Stückzahl an Metallbälgen erfordert eine automatisierte Qualitätsprüfung. Dafür konzipierte OBE eine komplette, vollautomatische Prüfanlage, die den besonderen Anforderungen dieser Bauteile Rechnung trägt.

Über einen Stufenförderer werden die als Schüttgut zugeführten Metallbälge vereinzelt und über einen Rundtaktteller zu den Prüfstationen des Automaten befördert. Nach dem Beseitigen möglicher Verunreinigungen mit Luftdruck prüft das Trevista-System die Oberfläche eines Metallbalgs.

Das Funktionsprinzip beruht auf einem patentierten Shape-from-Shading-Verfahren. Dazu wurden eine direkte Beleuchtung zur Ermittlung von Schattierungseffekten und eine indirekte Beleuchtung zur Eliminierung störender Glanzeffekte kombiniert. Dies erlaubt eindeutige Rückschlüsse auf die Topografie von Oberflächen. In Bruchteilen einer Sekunde werden unter einer Domkuppel Reliefbilder erzeugt, die eine qualitative Aussage über Oberflächenfehler zulassen. So lassen sich Defekte ab wenigen Mikrometern Tiefe, die vorab mithilfe von Grenzmustern festegelegt wurden, objektiv beurteilen.

In dem Automaten bei der Firma Witzenmann sind drei Trevista-Stationen im Einsatz. Zunächst wird die Stirnfläche des Bauteils an der Ober- und Unterseite geprüft und dazu der Balg mit einem Aushebedorn in die notwendige Position gebracht. Die dritte Prüfstation kontrolliert die Mantelfläche. Zur kompletten zylindrischen Inspektion wird das Bauteil mittels Vorrichtung gedreht, unter dem Dom auf feinste Risse und Kerben inspiziert, und ausgewertet. Die Größe der Metallbälge von nur 15 mm Länge und 5 mm Durchmesser macht es möglich, jeweils den kleinen Dom in den drei Trevista-Stationen einzusetzen.

Die Anlage prüft im Schnitt 20 Teile pro Minute. Damit setzt die Mechanik des Automaten die Grenzen, denn die Bildverarbeitung könnte circa 200 Stirnflächen pro Minute prüfen. Mantelflächenprüfungen benötigen mehr Zeit, gerechnet wird mit 60 Teilen pro Minute. Nach der Prüfung der Polflächen und der Mantelfläche werden die als einwandfrei detektierten Teile in einem Behälter abgepackt. Die n.i.O.-Teile werden klassifiziert ausgeschleust.

Mit diesem Verfahren zur Oberflächenprüfung soll eine Lücke zwischen der 2D-Bildverarbeitung und der optischen 3D-Formerfassung geschlossen werden. Die Vorteile der 2D-Bildverarbeitung liegen in der hohen Prüfgeschwindigkeit und den gängigen Softwarewerkzeugen zur automatischen Bewertung, was der 3D-Formerfassung bislang fehlte. Umgekehrt kann die 3D-Formerfassung Formmerkmale von Texturmerkmalen unterscheiden, was bei der 2D-Bildverarbeitung nicht möglich ist. Trevista wiederum wertet Formmerkmale in hoher Geschwindigkeit automatisch aus und kombiniert so die Vorteile von 2D- und 3D-Verfahren.

Schläuche aus Metall

1885 begründete der Pforzheimer Schmuckwarenfabrikant Heinrich Witzenmann mit der Erfindung des Metallschlauchs die Metallschlauch- und Kompensatorenindustrie. Heute, nach 125 Jahren, ist die Witzenmann-Gruppe einer der weltweit führenden Hersteller von flexiblenmetallischen Elementen wie Metallschläuchen, Kompensatoren, Metallbälgen und Fahrzeugteilen mit rund 3 000 Mitarbeitern an 23 Standorten in Europa, Nord- und Südamerika und Asien.

Bauteile aus Metall

Das international tätige Familienunternehmen OBE mit Hauptsitz in Ispringen im Nordschwarzwald gehört heute zu den weltweit führenden Herstellern präziser, feinmechanischer Metallteile in hohen Stückzahlen. Neben Brillenscharnieren werden Bauteile für die Medizintechnik, den Automotive-Bereich, die Luftfahrt und die Telekommunkation hergestellt. Seit 2006 vertreibt OBE das patentierte Bildverarbeitungssystem trevista, das speziell für die Inspektion von glänzenden Oberflächen entwickelt wurde. Neben seinem Stammsitz ist das Unternehmen mit zwei Tochtergesellschaften in Italien und Hongkong sowie weiteren weltweiten Repräsentanzen vertreten. Seit 2004 besteht ein Joint Venture mit Globe in Shenzhen/China.

Frank Schröder

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OBE Ohnmacht & Baumgärtner
GmbH & Co. KG
T 07231 802-127
fSchroeder <AT> obe.de
www.obe.de

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