Deflektometrie zum Erkennen von Defekten auf lackierten Oberflächen

Kunden erwarten nicht nur beim Kauf eines neuen Autos hochwertige, fehlerfreie Oberflächen, sondern auch bei Geräten der modernen Consumer-Elektronik wie Smartphones oder Tablets. Daher sind die Qualitätsansprüche bei glänzenden und spiegelnden Oberflächen sehr hoch, denn auch kleinste Fehler werden beim Betrachten einer Spiegelung sichtbar.

Um Defekte auf sehr glatten und glänzenden Oberflächen zu erkennen, wird bei herkömmlichen Methoden der Qualitätskontrolle das Spiegelbild der Umgebung auf einer Oberfläche betrachtet. Die Gleichmäßigkeit dieser Spiegelung ist ein Maß für die Qualität der Oberfläche. Eine manuelle Prüfung – wie es sie in der Qualitätssicherung noch häufig gibt – ist aber sehr intuitiv und fehleranfällig, da es unter anderem von der Tagesform oder dem Grad der Ermüdung der Mitarbeiter abhängt. Daher liefert das Verfahren nur bedingt reproduzierbare Ergebnisse.

Automatisiertes Verfahren zur Oberflächenkontrolle

Bei der Deflektometrie werden spiegelnde Oberflächen mit der Projektion eines Streifenmusters automatisch auf Fehler geprüft Micro-Epsilon

Um die steigenden Qualitätsansprüche in vielen Bereichen zu erfüllen, sind daher automatisierte Systeme notwendig, die unterschiedliche Oberflächenfehler zuverlässiger als der Mensch erkennen. Die Deflektometrie arbeitet ähnlich wie die manuelle Inspektion der Oberflächen: Auch hier dient die Oberfläche als Spiegel. Eine im Prüfsystem integrierte Lichtquelle erzeugt wechselnde, in ihrer Intensität sinusförmig verlaufende Streifenmuster. Kameras erfassen die Spiegelungen dieses Streifenmusters und darin enthaltene Abweichungen, die auf Oberflächenfehler zurückzuführen sind. Das bekannte System Reflect Control von Micro-Epsilon arbeitet nach diesem Verfahren. Es besteht aus einem Bildschirm, der das Streifenmuster darstellt, zwei oder vier Kameras, die das gespiegelte Abbild des Musters aufnehmen sowie einem Industrie-PC zur Steuerung und Auswertung.

Je nach Geometrie des zu inspizierenden Bauteils wird der gesamte Sensorkopf über die Oberfläche bewegt. Zum Einsatz kommt in der Regel ein Sechs-Achs-Roboter. Mit dem Verfahren lassen sich unterschiedlichste Defekte auf oder in der Oberfläche erkennen. Dies sind bei lackierten Oberflächen beispielsweise Dellen, Kratzer, Krater, verlaufene Lacktropfen, Haare bzw. Fussel sowie Einschlüsse im Lack. Selbst Einschlüsse im Basislack lassen sich mit diesem Verfahren sicher detektieren.

Karosserie in nur 60 Sekunden inspiziert

Das Prinzip der Deflektometrie hat sich als zuverlässige Methode auf spiegelnden Oberflächen erwiesen, denn die Erkennungsraten von Fehlern sind deutlich höher als bei einer manuellen Inspektion. Gleichzeitig geht die Qualitätskontrolle wesentlich schneller vonstatten, wie das Beispiel einer Autokarosserie eindrucksvoll verdeutlicht: Ein geschulter Mitarbeiter benötigt etwa zwanzig Minuten, um die gesamte Karosserie zu inspizieren und erkennt dabei rund 78 % aller Fehler. Das spezielle für die Automobilbranche entwickelte System Reflect Control Automotive erkennt dagegen mit vier Sensoren in leidglich 60 Sekunden 98 % aller Fehler.

Einsatz der Deflektometrie in der Automobilbranche BMW

Kleine Bauteile überprüfen – auch in 3D

In der Praxis sieht das folgendermaßen aus: Bei dem System Reflect Control Automation kommt ein Sensor zum Einsatz, der klein und flexibel ist, wobei der Sensorkopf ein Carbongehäuse besitzt und etwa 7 kg wiegt. Da ein Roboterarm den Sensor dynamisch bewegen kann, wird eine sehr schnelle Inspektion der Teile möglich.

Entwickelt wurde das System zur Prüfung kleinerer Bauteile, wie Tablet-Gehäuse oder Kfz-Anbauteile. Die maximale Messfeldgröße beträgt 245 x 116 mm und die laterale Auflösung liegt bei 70 µm. Fehler in den Oberflächen erkennt das System automatisch. Diese Abweichungen zeigt es an und dokumentiert sie über die vorinstallierte Bedien- und Auswertesoftware. Über eine Ethernet-Schnittstelle lässt sich das System in die übergeordnete Steuerung einer Produktionsanlage einbinden. Für die Triggerung steht zudem ein Digital-I/O-Interface zur Verfügung. Auf diese Weise lässt sich das System in eine vollautomatische Qualitätskontrolle in einem automatisierten Produktionsprozess integrieren.

Neben der Version zur reinen Defekterkennung auf spiegelnden Oberflächen gibt es Reflect Control Automation auch in einer 3D-Variante. Dieses System ermöglicht zusätzlich zur Defekterkennung die Vermessung spiegelnder Oberflächen mit Genauigkeiten unter 1 µm. Zur weiteren Software-Anbindung steht ein Software Developer Kit (SDK) zur Verfügung. Bei diesem System liefert die Bedien- und Auswertesoftware eine 3D-Punktewolke, die sich in Bildverarbeitungsprogrammen weiterverarbeiten lässt. Mögliche Applikationen sind unter anderem Teleskopspiegel und Linsen.

(ml)