Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Messtechnik: Ausgabe 05/2019, 02.05.2019

Messtechnik und Fertigung vernetzen

Moderne Messtechnik liefert heute immer präzisere Messdaten, die mehr denn je maschinell ausgelesen und interpretiert werden. Das passende Equipment, die entsprechende Beratung und die intelligente Software zu diesen und allen anderen QS-Anforderungen zeigt die internationale Fachmesse für Qualitätssicherung «Control» vom bis 7. bis 10. Mai in DE-Stuttgart.

Alexander Reiterer, Abteilungsleiter am Fraunhofer Institut für Physikalische Messtechnik, IPM, erläutert: «Die Kunden aus der produzierenden Industrie erwarten nicht nur präzise und verlässliche Messdaten, sondern zunehmend auch eine Visualisierung dieser Daten in Echtzeit. Anwendungsspezifisch visualisierte Daten sind wie ein Werkzeug, mit dem sich alle Zustände zuverlässig bewerten und Prozesse intuitiv steuern lassen.» Ohne diese Messdaten, von moderner Sensorik und Messtechnik ermittelt und von intelligenter Software in Sekundenbruchteilen ausgewertet, ist Qualitätssicherung in Echtzeit nicht möglich. «Wir beobachten, dass Toleranzen und Strukturen immer häufiger innerhalb des Fertigungsprozesses überprüft werden. Selbst bei 100-Prozent-Prüfungen ist das ein Trend», berichtet Fabian Krüger, Projektleiter der Control.

Um Messdaten auch auf mobilen Geräten wie Tablets oder VR-Brillen darzustellen, werden geeignete Schnittstellen, Techniken und Methoden benötigt. Eine Software-Plattform mit Komponenten zur interaktiven Interpretation und Visualisierung von Messdaten sollte ebenfalls vorhanden sein. Die industrielle Bildverarbeitung (IBV), einer der Schwerpunkte der Control, nimmt in diesem Zusammenhang eine wichtige Funktion ein. Ein weiterer Fokus der aktuellen Forschung liegt auf der Datenreduktion, insbesondere im Hinblick auf die Visualisierung sogenannter Punktewolken, die bei der Messung und Datenaufnahme mit Laserscannern entstehen. Es gilt dann enorme Datenmengen auf ein schnell zu verarbeitendes Mass zu reduzieren.

Aussteller, die sich speziell für bildgebende QS-Verfahren interessieren, finden auf der Messe zahlreiche Innovations-Projekte, die erstmals einem breiten Fachpublikum vorgestellt werden. Zu den Neuentwicklungen gesellen sich etablierte und optimierte Systeme. Im Spezialmesseführer «Industrielle Bildverarbeitung (IBV) und Visionssysteme», der online abgerufen werden kann, sind mehr als 250 an der Control teilnehmende Hersteller und Anbieter von Komponenten, Baugruppen, Teilsystemen und Komplettanlagen des jeweiligen Segments aufgeführt. Damit bietet die Messe in diesem Bereich die grösste und umfassendste  Präsentation, so dass Fachbesucher sich über das aktuelle Weltangebot an IBV-, Visions-, Kamera- und Sensorik-Systemen inklusive «Embedded Vision» – also in Maschinen und Prozessstationen integrierte Kleinst-Bildverarbeitungssysteme – informieren können.

Ein Trend, der sich abzeichnet, ist der, dass Qualitätssicherung und Produktion immer näher zusammenrücken. Geprüft wird heute Inline und ohne Zeitverlust. Darauf richten sich auch die Hersteller von Prüf- und Messtechnik ein, denn immer häufiger handelt es sich um in den Shopfloor integrierte, modulare Anwendungen, statt separater und ausgegliederter Prüfstationen. QS-Systeme sind heute also in die Fertigung eingebunden, müssen auch rauen Umgebungen standhalten und dabei Daten in rascher Folge verarbeiten können. In der Folge werden in alphabetischer Reihenfolge einige ausgesuchte Lösungen, die auf der Messe präsentiert werden, kurz vorgestellt

Aerotech zeigt erstmals die zwei neuen leistungsstarken, einachsigen Digital-Antriebsregler «XC4-PWM» und «XC4e-PWM»; dabei steht PWM für Pulsweitenmodulation. Sie sind zum Antreiben von bürstenbehafteten oder bürstenlosen Gleichstrommotoren sowie für Tauchspulenaktoren und Schrittmotoren geeignet. Ein besonderes Feature neben den positionssynchronisierten Ausgängen (PSO) ist dabei das HyperWire-Faseroptik-Interface. Die Antriebsregler arbeiten mit einer Betriebsspannung von bis zu 340 VDC und einer Spitzenstromstärke von 30 A. Alle Antriebsvarianten sind mit der Automatisierungs-Plattform A 3200 mit HyperWire-Antriebsbus kompatibel. Die digitale Strom- und Positionsregelschleife gewährleistet ein Höchstmass an Positionier- und Gleichlaufgenauigkeit, eine Regelbandbreite von bis zu 20 kHz, die Verarbeitung digitaler und analoger Ein- und Ausgänge, Datenerfassung, Prozesssteuerung und Encoder-Interpolation in Echtzeit. Zu den Standardfunktionen zählen Safe Torque Off (STO), ein Daten-Array mit über 4 (XC4) beziehungsweise 16 Millionen (XC4e) 32-Bit-Elementen, digitale und analoge I/Os, ein- (XC4) beziehungsweise mehrachsige (XC4e) positionssynchronisierte Ausgänge (PSO), spezielle Eingänge zur Referenzierung und Begrenzung des Verfahrwegs und eine verbesserte Stromüberwachung. Rechteck-, Sinus- und Absolut-Encodersignale können verarbeitet werden.

Die Fraunhofer-Allianz Vision demonstriert eine Auswahl aktueller Mess- und Prüfsysteme mit dem Fokus auf die «Objektivierung der Qualitätssicherung durch Bildverarbeitung». Anhand zahlreicher Exponate wurden Lösungen für die Oberflächeninspektion, die optische 3D-Mess- und Prüftechnik sowie zur Prüfung unterhalb der Oberfläche vorgestellt. Viele dieser Systeme sind inlinefähig und damit direkt in die Fertigung integrierbar.

Der neuartige optische 3D-Sensorkopf HoloPort vom Fraunhofer IPM prüft die Topographie von Bauteiloberflächen flächig und mikrometergenau direkt in der Bearbeitungsmaschine. Er erfasst die Oberflächendaten berührungs- und kabellos und kann daher zwischen zwei Bearbeitungsschritten wie ein Werkzeug von der Spindel gegriffen werden. So können die gemessenen und ausgewerteten 3D-Daten direkt für die Regelung der Werkzeugmaschine verwendet werden. In Kombination mit «Track & Trace Fingerprint» lassen sich die exakt produzierten Bauteile vollständig und markierungsfrei über den gesamten Herstellungsprozess rückverfolgen. 

Halbzeuge wie Schmiede- oder Druckgussteile, Stangen, Rohre, Stanz- oder Tiefziehteile werden in den meisten Fällen vollautomatisiert in extrem hohen Taktraten hergestellt. Oft müssen dabei hohe Qualitätsstandards hinsichtlich Masshaltigkeit, Oberflächenqualität und Reinheit eingehalten werden. Dies zu prüfen ist oft aufwändig, da die Handling-Systeme bauteilangepasst sein müssen. Hier setzt das Fraunhofer IPM auf eine überraschende Lösung: kein Handling! Die Halbzeuge werden stattdessen im freien Fall geprüft. Zwei miteinander kombinierbare Freifall-Prüfsysteme können komplexe Oberflächen zu 100 Prozent im freien Fall prüfen: «Inspect-360°» auf Geometriefehler und Oberflächendefekte, «F-360°» auf Verschmutzungen.

Am Fraunhofer IOF wurde auf Basis schneller Projektion und Detektion von Mustern ein neuer 3D-Sensor entwickelt, der sowohl eine Echtzeit-Datenerfassung mit geringer Latenz (< 120 ms) als auch eine Echtzeit-Datenverarbeitung realisiert. Damit stehen unmittelbar nach der Bildaufnahme 3D-Messdaten zur Verfügung, mit denen je nach Anwendungsfall eine Geometriedatenauswertung, Lageanalyse oder Qualitätskontrolle durchgeführt werden kann.

Das Fraunhofer IGD stellte ein System vor, bei dem Augmented-Reality-Verfahren dazu genutzt werden, Differenzen zwischen Soll und Ist automatisiert und in Echtzeit zu erkennen. Die Verfahren können an unterschiedlichste Produktkonfigurationen angepasst werden. Sie benötigen kein Training auf Grundlage der Kamerabilder, weil die Prüfverfahren auf die Konstruktionsdaten aufsetzen und schon während des Planungsprozesses der Produktion eingerichtet werden können.

Das Fraunhofer IOSB zeigt einen in­linefähigen 3D-Sensor nach dem chromatisch konfokalen Prinzip zur mikroskopischen Messung der Topographie von Oberflächen. Durch eine neuartige chromatische Auswertung ist es gelungen, in dieser Anwendung mit nur wenigen «Farb»-Kanälen die gleiche Sensitivität wie die des verbreiteten Spektrometer-Ansatzes zu erzielen. Durch das sehr kompakte Design ergeben sich neue Freiheitsgrade, die in der Anwendung für eine erhöhte Messgeschwindigkeit oder einen erhöhten Dynamikumfang der Messung genutzt werden können. Der 3D-Sensor ist generell für die Topographiemessung spiegelnder und diffus reflektierender Oberflächen geeignet.

Die Funktionalität moderner Werkstoffe wird in vielen Fällen durch ihre innere Struktur definiert, welche mit klassischen, nicht-destruktiven Analysemethoden nur schwer zu erfassen ist. Mit dem «ntCT-System» des Fraunhofer EZRT können nun auch bei kleinsten Objekten innere Strukturen mit sub-mikroskopischer Auflösung mittels Computertomographie dreidimensional visualisiert werden.

Heidenhain kombiniert bei den Winkelmessmodulen der Baureihe «MRP 8000» hochauflösende Messtechnik mit einer belastbaren Lagerung. Besonderer Vorteil dieser hochintegrierten Systemlösung für hochgenaue Rundachsen: Sie ersetzt die Lagerung des Kunden und bleibt von aussermittiger Kippbelastung unbeeindruckt. Zudem kommen die Winkelmessmodule MRP 8000 als fertige Baugruppe mit spezifizierten und definierten Eigenschaften zum Maschinenhersteller. Dadurch entfallen beim Anbau alle kritischen Montageprozesse.

Kistler zeigt im Bereich Testautomation verschiedene Systeme zur schnellen und präzisen 100-Prozent-Kontrolle von Serienteilen. Der Anlagentyp «KVC 821» ist mit einem Drehteller ausgestattet und erleichtert vor allem die attributive Oberflächenprüfung sowie die präzise Prüfung vereinzelter Teile. Das Zuführsystem ist je nach Grösse und Gewicht der Prüflinge integriert oder beigestellt. Durch modernste optische Messtechnik mit mehrfach Bildaufnahmen («Shape from Shading») können anspruchsvollste Oberflächenprüfungen zuverlässig durchgeführt werden. Bei Bedarf lässt sich die Prüfstation mit bis zu acht digitalen Kameras mit unterschiedlicher Auflösung und zusätzlichen Prüfmodulen wie etwa Geräten zur Härteprüfung erweitern.     (msc)

aerotech.ch

control-messe.de

kistler.com

heidenhain.de

vision.fraunhofer.de



Die Winkelmessmodule MRP 8000 von Heidenhain bleiben unbeeinflusst von aussermittiger Kippbelastung und liefern zuverlässig genaue Positionswerte. (Bild: Heidenhain)


Innovationsgetrieben: Aerotech bringt zwei neue digitale PWM zur Control 2019; hier der Typ XC4. (Bild: Aerotech)


Der Anlagentyp «KVC 821»von Kistler lässt sich mit bis zu acht digitalen Kameras erweitern. (Bild: Kistler)