Entwicklung und Aufbau von optischen Systemen zur Kontrolle von Defekten an Verbundswerkstoffplatten
Sandwichbauteile sind Platten aus Verbundwerkstoffen, die zum Erstellen von Haus- und Hallenwänden oder Kühlräumen benötigt werden. Im Produktionsprozess können kleine, nicht auf Anhieb erkennbare Fehler auftreten, die beim späteren Konstruktionsprozess zu optischen Mängeln oder Schwierigkeiten führen. Daraus entstehen Nachbesserungspflichten und entsprechend hohe Kosten für den Produzenten. Daher ist Thyssen daran interessiert, ein Messverfahren zu entwickeln, das innerhalb der Produktion bereits Mängel identifiziert.
Motivation
Ein typischer Mangel kann z. B. eine Längswelligkeit auf den Platten mit einer Amplitude zwischen 1 und 3 mm auf einer Länge von mehreren Metern sein. Diese soll auf 1 mm Genauigkeit erkannt werden.
Außerdem sollen Defekte in Form von Dellen mit einer Genauigkeit von 01, mm detektiert werden. Die Platten werden nach einem Nut-Fugen- System verbunden. Die Nute und die Fuge (zwischen 4 cm und 22 cm Breite) müssen genau ineinander passen, damit z.B. die Temperaturisolation gewährleistet ist. Beim Kontrollieren der Nuten und Fugen ist eine Genauigkeit von 1 mm gewünscht.
Aktivitäten
Nach dem im Jahr 2011 die Recherche und Auswahl der Hardware- und Softwarekomponenten erfolgte, stand im Jahr 2012 die Konzeptionierung benötigter Auswerte- und Analysewerkzeuge, insbesondere für die Problemstellung Längswelligkeit, im Vordergrund.
Das im letzten Jahr abgeschlossene Konzept zum Systemaufbau für die Erfassung der Längswelligkeit sieht zwei hochauflösende Messkameras mit hoher Aufnahmefrequenz und einen Linienlaser vor. Der Linienlaser wird quer zur Laufrichtung auf die Platte gerichtet, während die beiden Kameras den Laser beobachten und die Deformationen erfassen. Es sind zwei Kameras nötig, um die Plattenbreite von 1 m mit ausreichender Auflösung zu erfassen.
Dieses System mit zwei Kameras benötigt eine Orientier- und Kalibrierkonzept, um die Beobachtungen beider Kameras in einen gemeinsamen Kontext zu fassen. Der gemeinsame Kontext stellt sicher, dass das Ist-Profil über die gesamte Breite erfasst wird. Nur so lässt sich ein qualitativer und quantitativer Vergleich zu einem Soll aus einer CAD -Vorlage ziehen.
Das Orientier- und Kalibrierkonzept wurde am i3mainz entwickelt, implementiert und getestet. Aus dem Kalibrierkonzept wurde eine Kalibrierkörper entworfen, der vom Projektpartner dann hergestellt wurde. Mit diesem Kalibrierkörper soll es dann möglich sein, dass der Projektpartner das System selber einrichten und überprüfen kann.
Im Jahr 2013 standen die Auswertung der Testdaten sowie die Entwicklung von Softwarewerkzeugen zur Analyse und erste Teillösungen im Vordergrund.
Beim vorjährigen Testaufbau wurden 10GB Testdaten mit 13.000 Bildaufnahmen generiert. Um die Auswertung der Testdaten zu vereinfachen wurde die Entwicklung von Analysewerkzeugen vorgezogen. Die Auswertung des vorjährigen Testaufbaus bestätigte, dass die gewünschte Auflösung und Genauigkeit mit dem Systemdesign erreicht werden kann.
Die Auswertung zeigte, dass einige Annahmen über die Aufnahmebedingungen unvollständig waren. Örtliche Variationen in der Messsituation sind zukünftig besser zu kompensieren. Gegenüber dem Soll aus der CAD –Planung variiert der Anfang der Profilierung. Ebenso gibt es durch mechanische Einwirkungen aus Walzen und Schneiden im Produktionsprozess Deformationen auf der Oberfläche. Diese Phänomene überdecken die zu tatsächlich detektierenden Fehler um mindestens das Zehnfache. Daher wird in der anstehenden Entwicklungphase mit einem deformierten Soll gearbeitet bzw. algorithmische Kompensation integriert.
Resultate
Die Weiterentwicklung und Anpassung der Analysewerkzeuge für die Oberflächenüberprüfung wurden als neue Arbeiten für die nächste Projektephase mitaufgenommen. Grundsätzlich wurde die Machbarkeit und Einsetzbarkeit des Systems demonstriert. Mit den Ergebnissen der Aktivitäten im Jahre 2013 wurde ein kritischer Meilenstein erreicht, mit dem die Weiterführung des Projektes in einer weiteren Projektphase gesichert wurde.