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Schwerelos

3D-System erfasst Werkstücke im freien Fall aus allen Winkeln

Mit dem Zero-Gravity-3D-System können Geometrie und Oberfläche hochkomplexer Bauteile ohne tote Winkel erfasst werden.

Bild: Instituto Tecnológico de Informática (ITI)

Bild: Instituto Tecnológico de Informática (ITI)

Auf der Vision 2018 stellte das spanische Instituto Tecnológico de Informática (ITI) erstmals sein Zero-Gravity-3D-System vor. Mit dem Bildverarbeitungsverfahren können Geometrie und die gesamte Oberfläche hochkomplexer Bauteile ohne tote Winkel erfasst werden.

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Bild 1 | 16 Kameras erfassen das Prüfobjekt simultan im Freifall um eine 360°-Aufnahme ohne toten Winkel zu erstellen.

Bild: Instituto Tecnológico de Informática (ITI)
Bild 1

Das System katapultiert ein Objekt vertikal in eine Bildkammer, um es präzise aus mehreren Winkeln im Flug zu erfassen. Dieser Prozess ermöglicht es Herstellern, mehrere Arten von Komponenten zur Analyse in einem einzigen Batch auszuführen und die erfassten Komponenten ohne mechanische Rekonfigurationen einfach zu wechseln. Die Technologie hat die Proof-of-Concept-Prüfung erfolgreich abgeschlossen und befindet sich derzeit in der Kommerzialisierung für die Markteinführung 2019. Zu den Anwendungen gehören die 3D-Oberflächenrekonstruktion mit Texturanalyse sowie die Erkennung von Oberflächenfehlern z.B. Kratzer, Flecken, Risse, Korrosion oder geometrische Veränderungen. Das System erlaubt die 360°-Messung von 50 bis 80 Teilen pro Minute und ist vollständig skalierbar, um der Größe der zu messenden Komponenten gerecht zu werden. Der auf der Vision gezeigte Prototyp nutzt dafür 16 XCG-CG510C GigE-Module von Sony. Die Kameras werden über das Präzisionszeitprotokoll IEEE1588 synchronisiert, wobei der Aufnahmezeitpunkt so gewählt wird, dass er der Oberkante der Flugbahn des Objekts entspricht. Ebenfalls über IEEE1588 synchronisiert ist die LED-Beleuchtung der Bildkammer. Objekte gelangen von einem Förderband in das Innere der Bildkammer, das das Bauteil unter eine polyedrische Struktur legt. Diese ist mit einem Linearmotor verbunden, der das Objekt vertikal katapultiert. Einmal von den Kameras erfasst und im freien Fall, wird das Objekt von demselben Linearantrieb wieder aufgefangen, der sich entsprechend der Geschwindigkeit des Objekts bewegt und einen Aufprall verhindert, und auf ein zweites Förderband oder in ein zweites Fach abgeladen wird. Die Auswertung der Bilddaten geschieht in drei Schritten.

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Bild 2 | Der Versuchsaufbau zeigt die Bildkammer des Prototypen.

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Bild 2

Erfassung

Die zu prüfenden Objekte gelangen automatisch, durch den freien Fall von oben oder durch Aufwärtsschieben von unten in das Gerät, wodurch das gesamte Objekt ohne Manipulation und ohne jegliche Verdeckung erfasst werden kann. Das Aufnahmegerät besteht aus einem Satz von Kameras, die in einer räumlichen Anordnung verteilt sind, die optimiert ist, um Genauigkeit, Präzision und Abwesenheit von Verdeckungen bei der Rekonstruktion des Teils zu gewährleisten.

Bild: Instituto Tecnológico de Informática (ITI)
Bild 2+3 | Die Aufnahmen werden automatisch zu einem 3D-Model des Prüfobjekts zusammengesetzt und überprüft.

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Bild 2+3 | Die Aufnahmen werden automatisch zu einem 3D-Model des Prüfobjekts zusammengesetzt und überprüft.

Rekonstruktion

Sobald alle Bilder verfügbar sind, wird eine dreidimensionale Rekonstruktion des Stückes durchgeführt. Die vom ITI entwickelten 3D-Rekonstruktionsverfahren ermöglichen eine schnelle Durchführung dieser Phase und die Bearbeitung von Teilen mit hohem Produktionsvolumen.

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Bild 4

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Bild 3

Inspektion

Das rekonstruierte Objekt wird mit einem Referenzmodell verglichen, das entweder aus einer CAD-Zeichnung geladen wurde, oder indem das Modell an der Maschine selbst aus korrekten Proben des zu prüfenden Teils KI-gestützt erstellt wird. Im Vergleichsprozess werden die Abweichungen des Bauteils vom Modell, abhängig von der Art der Kontrolle und den programmierten Toleranzen, automatisch erkannt und schließlich das Transport- und Auswurfsystem zur Annahme oder Ablehnung aktiviert. Die Technologie umfasst drei Kontrollstufen: Geometrische Kontrolle, dimensionelle Messtechnik auf Basis der GD&T-Industriestandards und Oberflächenqualitätskontrolle.

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Bild 5

Prädestiniert für Low-Cost-Teile

Oftmals werden bei kostengünstigen Teilen unzureichende Stichproben durchgeführt. Je nach Marktnachfrage gefährdet dies die Gewährleistung einer fehlerfreien Herstellung. Kritische Branchen wie die Automobilindustrie verlangen aber oftmals, dass 100% der Produktion überprüft werden. Das Zero-Gravity-3D-System soll die Einhaltung des Null-Fehler-Prinzips ermöglichen, ohne dass manuelle Prozesse erforderlich sind und ohne die Kosten für das Endprodukt zu erhöhen. "Die meisten Bildverarbeitungssysteme prüfen nur die Oberfläche eines Teils, wobei das Bauteil von einem Manipulator gehalten oder an einem Leitsystem montiert wird", sagt Sergio Navarro, Leiter der Abteilung Advanced Industrial Vision Systems am ITI. "Dies beschränkt die Analyse auf ein bestimmtes Segment der 3D-Geometrie oder erfordert mechanische Änderungen für jede neue Charge, die auch frei von Mischungen verschiedener Teile sein muss. Zero Gravity 3D soll nicht nur diese Einschränkungen überwinden, sondern auch eine Vielseitigkeit bieten, die im Bereich der industriellen Inspektion bisher unbekannt war."

Instituto Tecnológico de Informática (ITI)

Dieser Artikel erschien in inVISION 1 2019 - 20.03.19.
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