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Reproduzierbare Prüfung zylindrischer Teile mittels Deflektometrie

Oberflächen objektiv beurteilen

Egal, ob zylindrische Bauteile in Rollenlagern die Kraft übertragen oder als Steuerelemente in Getriebegehäusen dienen: Wenn ihre Oberfläche eine Gleit- oder Dichtfunktion erfüllt, können schon kleine Kratzer, Schlagstellen oder Poren diese beeinträchtigen. Dann tritt z.B. Getriebeöl aus, ein Lager läuft nicht mehr rund oder es entstehen Laufgeräusche. Um dies zu verhindern, ist eine zuverlässige Qualitätsprüfung der gesamten Oberfläche entscheidend.
Die optische Prüfung scheitert allerdings häufig an den vielfältigen Defektausprägungen, die an den Oberflächen geschliffener, feingedrehter oder gehonter Bauteile auftreten können. Standard-Kamerasysteme sind hier oft überfordert, allein aus den Graubild-Informationen zuverlässige Kriterien abzuleiten, um nach zulässigen und nicht zulässigen Defekten zu sortieren. Eine Sichtprüfung mit bloßem Auge ist jedoch erstens abhängig von den individuellen Fähigkeiten und der jeweiligen Tagesform des Prüfers und zweitens lassen sich einheitliche Bewertungskriterien nur eingeschränkt objektiv definieren. Dies kann dazu führen, dass Schlechtteile beim Kunden landen und Reklamationen oder gar Rückrufaktionen hervorrufen oder übervorsichtige Mitarbeiter sortieren intakte Werkstücke als Pseudoausschuss aus.

Defekte durch die Deflektometrie erkennen

Angesichts der Nachteile der Sichtprüfung und von Standard-Kamerasysteme hat Zeiss eine Oberflächenprüftechnik entwickelt, die es ermöglicht, die Inspektion anspruchsvoller Oberflächen zu automatisieren. Die SurfMax Prüfsysteme setzen auf die Technik der phasenschiebenden Deflektometrie: Dabei beleuchten LED-Arrays das Werkstück mit mehreren, aufeinander folgenden, sinusförmigen Streifenmustern, die zueinander phasenverschoben sind. Die bogenförmige Anordnung der LED-Arrays ermöglicht es, auch gekrümmte Oberflächen vollständig auszuleuchten. Die Muster werden an der Oberfläche des Prüfteils reflektiert und von einer Zeilen- oder Matrixkamera aufgenommen. Dabei erfasst die Kamera jeweils mehrere Bilder in direkter Abfolge, mit unterschiedlichen Streifenmustern. Aus diesen Rohbildern errechnet die Software nicht nur ein Graubild mit reinen Helligkeitsinformationen, wie es ein Standard-Kamerasystem liefert, sondern auch Glanz- sowie Neigungsinformationen der Oberfläche. Eine Scheuerstelle, die im Graubild kaum sichtbar ist, tritt z.B. im Glanzbild deutlich in Erscheinung, während das Neigungsbild Schlagstellen oder Kratzer erkennbar macht. Eine spezielle Software wertet die Bilder automatisch auf Basis eindeutiger Kriterien aus. Diese werden vorab mit dem Anwender anhand realer Beispiele erarbeitet und zusammen mit den zulässigen Grenzwerten in einer objektiven Spezifikation festgelegt. So führt ein Lunker ab einer bestimmten Ausdehnung oder eine Schlagstelle ab einer bestimmten Materialbeeinflussung dazu, dass die Maschine das Werkstück automatisch aussortiert. Die entsprechend der objektiven Spezifikation ausgewählten Parameter lassen sich bei Bedarf ändern und z.B. an gestiegene Qualitätsanforderungen anpassen.

Prüfung im Sekundentakt

Um Innen- und Außenseite zylindrischer Bauteile sekundenschnell und vollständig zu prüfen, werden zwei Prüfstationen miteinander kombiniert. Zu Beginn der Prüfung wird das Werkstück von der Aufnahmevorrichtung des Systems entweder gespannt oder gegriffen. Während es um 360° gedreht wird, nehmen mehrere Kameras die gesamte zugängliche Oberfläche des Mantels sowie alle von oben sichtbaren Bereiche wie Kopffläche, Fasen und Nuten auf. Anschließend wird das Teil gewendet und an die zweite Prüfstation übergeben. Diese erfasst nach dem gleichen Prinzip die untere Hälfte des Werkstücks. Die Lichtleistung der verwendeten LEDs ermöglicht kurze Belichtungszeiten und somit schnelle Bildaufnahmen. Diese tragen zu kurzen Taktzeiten zwischen zwei und fünf Sekunden bei, die Voraussetzung für den praktikablen Einsatz in der Produktionslinie.

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