Cluster Mikrosystemtechnik
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In der industriellen (Serien-)Fertigung ist der Einsatz optischer Sensoren durch ihre berührungslose, schnelle und flexible Messfähigkeit weit verbreitet. Besonders in harten Produktionsumgebungen, wie der Pressumformung, ist jedoch die Auswahl an geeigneten Messmethoden für eine Inline-Bauteilkontrolle stark begrenzt. Produktionsbedingte Störgrößen aus Sicht des Messsystems wie Schwingungen, Lagetoleranzen und Beölung der zu prüfenden Bauteile nehmen Einfluss auf die erreichbare Genauigkeit der Messung und schließen bestimmte (z.B. vibrationsempfindliche) Verfahren grundsätzlich aus. Am Anwendungsfall des Presswerks der BMW Group in Dingolfing sollen im Rahmen des Automobilbaus blechumgeformte Außenhautteile auf Oberflächen- und Geometrieabweichungen, wie beispielsweise Einschnürungen, inline im Serientakt geprüft werden. Die implementierte Messmethodik basiert dabei auf sog. inverser Streifenprojektion in Kombination mit Einseitenbanddemodulation als Auswertemethode. Dabei genügt eine einzelne Kameraaufnahme zur Auswertung, wodurch der Einfluss von Schwingungen deutlich reduziert wird. Neben der Entwicklung des Messverfahrens sind auch die Systemintegration in die Produktion bzw. Presse sowie die prozesstechnische Integration in die übergeordnete Qualitätsstrategie von zentraler Bedeutung. Erste Inline-Messungen zeigen die prinzipielle Funktionalität der Messmethodik im Fertigungs-Einsatz.
Die dreidimensionale Vermessung spiegelnder Freiformflächen, wie etwa von Kfz-Karosserien, Brillengläsern oder Teleskopspiegeln, ist ein wichtiges Thema im Bereich der optischen Messtechnik. Aktuell existiert eine Reihe etablierter Verfahren zur Vermessung spiegelnder Oberflächen im industriellen Umfeld, wie z.B. Interferometrie, Deflektometrie, Weißlichtinterferometrie oder Shape from Specular Flow. Allerdings gibt es noch kein Verfahren, welches in der Lage wäre, beliebige bewegte Objekte mit spiegelnder Oberfläche gleichzeitig schnell, robust, vollflächig und hochgenau zu vermessen.
Phasenmessende Deflektometrie (PMD) hat grundsätzlich das Potenzial, die erwähnten Anforderungen zu erfüllen. PMD ist seit mehr als 20 Jahren ein etabliertes Verfahren zur vollflächigen berührungslosen optischen Vermessung der Topographie blanker Oberflächen und zeichnet sich durch ihre Robustheit, Flexibilität und hohe Messdynamik aus. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch, dass an jeder zu vermessenden Position mehrere Bilder eines sinusförmigen Streifenmusters in unterschiedlichen Phasenlagen aufzunehmen sind. Aus diesem Grund darf sich das zu prüfende Objekt während der Messung nicht bewegen. Für viele industrielle Anwendungen – etwa bei der Serienfertigung mit kurzen Taktzeiten oder bei der Produktion von Endlos-Material wie Folien oder Blechen – ist das Anhalten des Objekts für die Prüfung von großem Nachteil und stellt oftmals den größten Hinderungsgrund bei der Einführung dieser Prüftechnologie dar.
In diesem Beitrag wird aufgezeigt, wie die phasenmessende Deflektometrie erweitert werden kann, so dass eine Vermessung beliebig bewegter Objekte mit blanken Oberflächen ohne vorheriges Anhalten und Fixieren möglich wird.