Kombinierte Oberflächen- und Formprüfung von Gussteilen

Mögliche Fehlerklassen sind Poren, Lunker, Lunkernester, Dellen, Schlagstellen, Kratzer, Riefen sowie Verschmutzungen, Späne oder Grate. Sichtprüfaufgaben im Bereich der Gussteile-Herstellung können nun vollautomatisiert werden und eine 100-Prozent-Kontrolle in der Produktion wird möglich. Durch die Objektivierung der Prüfergebnisse und die automatische Erzeugung von Prüfprotokollen wird die Qualität der Produktion erheblich gesteigert, zumal beim Einsatz von CapaCam auch Werkzeugschäden frühzeitig erkannt werden und dadurch Folgekosten vermindert werden.

Bei der Herstellung von Werkstücken aus Guss lassen sich typischerweise zwei grundlegende Prozessschritte unterscheiden. Im eigentlichen Gießprozess erfolgt zunächst die Herstellung des sogenannten Gussrohlings aus erschmolzenem Rohmaterial. Der erkaltete, erstarrte Gussrohling wird nach der Entnahme aus der Gießform nach vorbereitenden Arbeitsschritten wie Ausstanzen des Gießbaumes, Entgratung und Reinigung der Endbearbeitung zugeführt. Das Werkstück in seiner endgültigen Form entsteht dann erst im Zuge der Endbearbeitung. In vielen Fällen werden das Gießen und die Bearbeitung innerhalb der Zulieferkette sogar in unterschiedlichen Unternehmen durchgeführt.

Zukunftsvision „mannlose“ Fertigungszelle

Im Zuge der fortschreitenden Rationalisierung ist bei den Gussteile-Herstellern die Vision einer „mannlosen“ Fertigungszelle entstanden: In einer vollständig automatisierten Produktion sollen möglichst alle Arbeitsschritte von der Herstellung über die Verpackung bis hin zur Versendung qualitativ einwandfreier Produkte ohne menschlichen Eingriff erfolgen.

Im Bereich der Gussteile-Bearbeitung kann dabei ein unterschiedlicher Automatisierungsgrad der verschiedenen Prozessschritte festgestellt werden. Während die Endbearbeitung durch vollautomatische Bearbeitungszentren bereits zum Industriestandard zählt, konnte in jüngerer Zeit durch die Einführung des Hochdruck-Wasserstrahl-Entgratens und -Reinigens auch für diese Prozessschritte, z. B. beim Leichtmetallguss, eine vollautomatisierbare und prozesssichere Lösung gefunden werden. Auch das vollautomatische Verpacken der produzierten Teile mittels Roboter-Technik oder sonstiger Handhabungs-Technik kann heute als gelöst gelten.

Die Automatisierung der Endkontrolle, und hier insbesondere der Sichtprüfung, ist dagegen nur in vereinzelten Aufgabenstellungen als gelöst zu betrachten und noch Gegenstand intensiver F&E-Aktivitäten. Bisher waren vor allem die funktionalen Oberflächen, wie z. B. Dichtflächen – aus der Sicht der Bildverarbeitungs-Fachkraft „spanend bearbeitete Oberflächen“ – Gegenstand erfolgreich realisierter Lösungen. Nachteil dieser Lösung ist jedoch, dass alle unbearbeiteten Oberflächen-Anteile nicht durch den Sichtprüfautomaten geprüft wurden und somit entweder ungeprüft verpackt wurden oder aber eine zusätzliche manuelle Teilprüfung dieser unbearbeiteten Oberflächen erforderlich wurde. Das System CapaCam (Cast Parts Camera), das am Fraunhofer IIS entwickelt wurde, schließt diese Lücke auf dem Weg zur mannlosen Fertigungszelle.

CapaCam – System zur kombinierten Oberflächen- und Formprüfung von Gussteilen

CapaCam ermöglicht die vollautomatische Sichtprüfung von Gussteilen, indem folgende Prüfschritte sowohl an bearbeiteten Oberflächenbereichen als auch an unbearbeiteten Rohguss-Oberflächen vorgenommen werden: Rundum-Außenprüfung, Bohrungsprüfung der inneren Oberflächen, Prüfung von Bearbeitungs-Konturen sowie Prüfung von Maßhaltigkeit an ausgewählten Positionen. Zur vollständigen Prüfung eines Bauteils können, angepasst an die Aufnahmesituation, mehrere, auch verschiedene Kameras, z. B. Flächenkameras, Zeilenkameras oder Endoskop-Kameras eingesetzt werden. Die Prüfgeschwindigkeit liegt bei ca. 150 cm²/s auf einem modernen Industrie-PC. Dabei können Fehlstellen ab ca. 0,3 mm erkannt werden. Die Prüfgeschwindigkeit pro Teil ist abhängig von der Komplexität des zu prüfenden Bauteils und der zu prüfenden Details. Typische Beispiele sind ca. 5 s für ein kleineres Drehteil (Bild 1) oder ca. 25 s für ein Kupplungsgehäuse. Je nach Fertigungsumgebung werden dazu mehrere Kameras in gleichzeitiger oder in „Pipeline“-Anordnung eingesetzt. Für noch höhere Anforderungen an die Taktzeiten oder bei noch kleineren Fehlergrößen kann die erforderliche Rechenleistung durch die parallelisierbaren Bildauswerte-Algorithmen auf skalierbaren Clustern aus kostengünstigen Standard-Industrie-PCs bereitgestellt werden.

Es werden folgende Fehlerklassen geprüft:

o Poren, Lunker, Lunkernester
o Dellen, Schlagstellen, Kratzer, Riefen
o Verschmutzungen, Späne, Grate
o Maßhaltigkeit (an ausgewählten Positionen)
Sichtprüfaufgaben im Bereich der Gussteile-Herstellung können damit vollautomatisiert werden und eine 100-Prozent-Kontrolle in der Produktion wird möglich. Durch die Objektivierung der Prüfergebnisse und die automatische Erzeugung von Prüfprotokollen wird die Qualität der Pro¬du¬k¬tion erheblich gesteigert, zumal beim Einsatz von CapaCam auch Werkzeugschäden frühzeitig erkannt werden und dadurch Folgekosten vermindert werden können.

Das System wird auf der Control 2007, 8.-11. Mai, in Sinsheim (Halle 6, Stand 6306) vorgestellt.

Fachliche Anfragen:
Dr.-Ing. Norbert Bauer
Telefon: +49 9131 776-500
E-Mail: vision@fraunhofer.de
Presse-Anfragen
Fraunhofer-Allianz Vision
Regina Fischer M. A.
Am Wolfsmantel 33
91058 Erlangen
Telefon: +49 9131 776-530
Fax: +49 9131 776-599
E-Mail: vision@fraunhofer.de
Die Fraunhofer-Allianz Vision ist ein Zusammenschluss von Fraunhofer-Instituten zu den Themen Bildverarbeitung, optische Inspektion und 3-D-Messtechnik, Röntgenmesstechnik und zerstörungsfreie Prüfung.