Qualitätssicherung in der Automobilindustrie

Eine optimale Vorbereitung der Rohkarosserie ist die Voraussetzung zur Erzeugung einer einwandfreien Lackoberflächenqualität. Zur Reduzierung der Nacharbeiten in den Lackierprozessen und zur Sicherstellung eines konstanten Qualitätsniveaus ist es erforderlich, die Oberflächenfehler bereits im Karosseriebau-Finish zu erkennen und zu beseitigen.

Im Projekt ABIS (Automatic Body Inspection System), das von der Bayerischen Forschungsstiftung gefördert wurde, wurde ein System entwickelt, das die unsichtbaren Oberflächenfehler an einer Rohkarosserie automatisch erkennt, klassifiziert und markiert. Eine Fortpflanzung derartiger Fehler in die Lackierprozesse kann so verhindert werden.

Zu diesem Zweck wurde entwickelt:

• ein optisches Messsystem zur Sichtbarmachung von Blechfehlern, wie z.B. Dellen oder Beulen
  
• ein Softwarepaket mit Einsatz modernster Softwaretechnik zur Erkennung von Oberflächenfehlern
  
• die entsprechende Systemtechnik zur Automatisierung der einzelnen Funktionen (Messung, Erkennung, Klassifizierung, Markierung usw.). Das System ist lernfähig, sammelt somit das Wissen erfahrener Prüfer an und wandelt es in objektive Beurteilungskriterien zur Sicherstellung eines konstanten Qualitätsniveaus um.

Komponenten des ABIS-Systems

• Erkennung des Fahrzeugtyps
• Bildaufnahmen (ungefähr 250 Bilder pro Fahrzeug)
  
• Detektion von Bildern mit möglichen Fehlerstellen
  
• Detaillierte Analyse der vordetektierten Bilder, um die Fehlerkandidaten zu erkennen
• Klassifizierung der Fehlerstellen an Hand von charakteristischen Features
• Markierung der Fehlerstellen auf der Rohkarosserie zur Identifizierung der Nachbearbeitungsstellen

Der Aufgabenbereich des Fraunhofer ITWM innerhalb des Projektes war die detaillierte Analyse der Tiefenbilder auf mögliche Fehler. Problematisch ist hierbei, aufgrund der sehr hohen Auflösung der Tiefenbilder (Unregelmäßigkeiten ab 40 Mikrometer sollen detektiert werden), dass die Tiefendaten stark gestört sind. Außerdem steht nur eine recht kurze Zeitspanne zur Verfügung, um ein Bild zu bearbeiten.
 

Bildverarbeitungsschritte

• Filterung der Tiefendaten
• adaptiver Schwellwert
  
• Morphologie
• Bestimmung von charakteristischen Features

Im Verarbeitungsprozess von Freiformteilen sind Oberflächenfehler unvermeidlich. Zur Reduktion der Nacharbeiten und zur Sicherstellung eines konstanten Qualitätsniveaus ist es erforderlich, Oberflächenfehler möglichst früh zu erkennen und zu beseitigen.

Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Verbundprojekt OPAQ richtete sich auf die Erkennung derartiger Defekte im Presswerk. Dafür ist ein 3D-Inspektionssystem zur Oberflächenkontrolle entwickelt worden, das direkt im Umformungsprozess von Blechen eingesetzt werden kann und dabei die Qualität an den Prozessgrenzen transparent machen kann.
 

Aufgabe des Fraunhofer ITWM

• Die Entwicklung am Fraunhofer ITWM innerhalb von OPAQ konzentriert sich auf den Bereich der Bildanalyse und Defektdetektion sowie auf die Berechnung defektrelevanter Merkmale und die Vorklassifikation.
  
• Aufgrund der hohen Anforderungen an Auflösungsgenauigkeit und Stabilität kommt der Algorithmik eine entscheidende Rolle zu, insbesondere deren Abstimmung auf die geplante Sensorik.
  
• Aus dem weiten Feld der Bildverarbeitungs-Algorithmen sind die geeigneten Ansätze ausgewählt und gezielt auf die Spezifik von OPAQ weiterentwickelt und angewendet worden. Hierbei wurden die Anforderungen aus dem industriellen Umfeld berücksichtigt (Stabilität, Fehlerverhalten usw.).

Verfahren zur berührungslosen optischen Oberflächenvermessung und -inspektion von dreidimensionalen Objekten gewinnen beim heutigen Stand der Technik immer mehr an Bedeutung.

Insbesondere im Bereich der Qualitätssicherung und Prozessüberwachung haben sich entsprechende Methoden etabliert, da sie schnell und zuverlässig sind. Während mit den Verfahren der 2D-Oberflächenanalyse Fehlstellen detektiert werden, wird die 3D-Oberflächenvermessung vor allem zur Überprüfung geometrischer Soll- und Ist-Maße herangezogen. Beide Techniken finden momentan jedoch unabhängig voneinander Anwendung, obwohl sich Synergien ergeben können, die eine deutliche Verbesserung beider Verfahren versprechen.
 

Ergebnisse des Projektes

• In diesem Forschungsprojekt sind Methoden und Verfahren zur Kombination von geometrischer Vermessung und Oberflächeninspektion realer dreidimensionaler Objekte entwickelt worden.
  
• Die Kernkompetenzen der optischen 2D-/3D-Vermessung und der Oberflächenprüfung sollten dabei nicht nur hardwareseitig kombiniert , sondern insbesondere auch eine methodische Verknüpfung erhalten. So sollte beispielsweise auf Grundlage einer optischen Geometrieerfassung eine objektspezifische Beleuchtung, Bilddatenerfassung und Auswertung möglich sein.
  
• Dadurch wurde eine neue Qualität der Oberflächenprüfung erreicht, mit der neue Anwendungsbereiche erschlossen werden können.

Vorteile gegenüber zwei getrennten Systemen

• Verbesserte Vermessung und Oberflächeninspektion durch zusätzliche Bildinformation
• Kompakter Aufbau und geringerer Integrationsaufwand
• Niedrigere Investitionskosten
• Verringerte Prüfzeit