Stemmer Imaging Schnelle Oberflächenprüfung komplexer Gussteile

Das Prüfsystem CapaCam des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS in Erlangen detektiert Poren, Lunker und Beschädigungen auf komplex geformten Gussteilen. Ein solches System prüft täglich mehrere tausend Wandlergehäuse bei Daimler.

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Hoher Kostendruck in der Automobil- und Zulieferindustrie sowie die Forderung nach Null-Fehler-Qualität zwingen die Hersteller zunehmend zum Einsatz automatischer Sichtprüfsysteme in der Fertigungslinie. Dies gilt insbesondere im Bereich der Produktion und Verarbeitung von Gussteilen, die im Fahrzeugbau an vielen Stellen wie z.B. in Getrieben, Motoren oder Fahrwerken Verwendung finden.

Das Fraunhofer IIS in Erlangen ist seit vielen Jahren im Bereich der industriellen Bildverarbeitung tätig. Forscher der Abteilung „Bildverarbeitung und Medizintechnik“ entwickelten dort das CapaCam-System für die Oberflächenprüfung von Gussteilen. Diese vollautomatische Lösung erlaubt die prozessintegrierte Prüfung von Werkstücken an unterschiedlichsten Teilflächen und Bohrungen, so dass eine vollständige Qualitätskontrolle möglich wird. Das System zeichnet sich durch kurze Prüfzeiten bei hohen Auflösungen aus und ist für den Einsatz bei hoher Typenvielfalt ausgelegt. Zudem arbeitet es auch bei Oberflächen, die aufgrund ihrer Geometrie oder Beschaffenheit als schwierig gelten, absolut zuverlässig.

Seit mehreren Monaten befindet sich ein CapaCam-System bei Daimler im Werk Hedelfingen im industriellen Einsatz und prüft dort täglich mehrere tausend Werkstücke im Dreischichtbetrieb. Der Großteil der im System verwendeten Bildverarbeitungs-Komponenten kommt dabei von Stemmer Imaging.

Wichtige Prüfaufgabe

Ein typisches Prüfobjekt sind so genannte Wandlergehäuse, wie sie in Automatikgetrieben für PKWs verbaut werden. Das Bauteil wird im Aluminium-Druckgussverfahren gefertigt und anschließend spanend bearbeitet, Hochdruck-Wasserstrahl-entgratet und getrocknet. Für die Funktionstüchtigkeit des Bauteils ist die Güte der bearbeiteten Oberflächen von entscheidender Bedeutung, da ihnen eine Dichtfunktion zukommt.

„Zu den am häufigsten auftretenden Fehlern bei Gussteilen zählen Poren und Lunker, also kleine Hohlräume im Guss, die beim Abfräsen einer Fläche freigelegt werden können“, so Klaus Spinnler. Der Gruppenleiter Industrielle Bildverarbeitung des IIS beschreibt die Entstehung dieser Fehler und ihre möglichen Folgen so: „Sie entstehen durch unvermeidliche Blasenbildung während des Gießprozesses und können in Funktionsflächen zu Fehlstellen führen. Zudem kann es durch die Handhabung der Werkstücke und durch abgenutzte Werkzeuge am Ende ihrer Standzeit zu Beschädigungen kommen. Gelangen Bauteile mit solchen Defekten ins Fahrzeug, verursachen sie Funktionsstörungen und meist teure Folgekosten.“

Vielfältige Geometrien

Für das einwandfreie Funktionieren des Prüfsystems ist es entscheidend, qualitativ hochwertige Bilddaten der zu prüfenden Oberflächen zu gewinnen. In der Regel sind dazu für unterschiedliche Abmessungen, Geometrien und Oberflächenbeschaffenheiten auch verschiedene Sensor-Anordnungen sowie teilweise spezielle Beleuchtungen erforderlich, die in das CapaCam-System integriert wurden.

So weist das im Bild oben gezeigte Werkstück z.B. zwei ca. drei x drei cm große Teilflächen auf, die mit kostengünstigen FireWire-Industriekameras aufgenommen werden. Eine eingespiegelte LED-Beleuchtung sorgt für die optimale Ausleuchtung der Oberfläche.

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