Automatisierte optische Vermessung von Automotive-Bauteilen
Maße, Konturen und Geometrien inline mit Bildverarbeitung prüfen
Maßhaltige Bauteile sind eine wesentliche Voraussetzung für zuverlässige Montageprozesse und die einwandfreie Funktion von Fahrzeugkomponenten. Bereits geringe Abweichungen bei Durchmessern, Abständen, Konturen oder Spaltmaßen können die Weiterverarbeitung, Passgenauigkeit oder Funktion eines Bauteils beeinträchtigen.
OCTUM entwickelt kundenspezifische Bildverarbeitungssysteme für die automatisierte optische Vermessung in der Automobil- und Zulieferindustrie. Die Systeme prüfen definierte Maße und geometrische Merkmale berührungslos in 2D oder 3D – direkt im Produktionsprozess oder an einer separaten Prüfstation.
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Was ist eine automatisierte optische Vermessung?
Bei der optischen Vermessung erfassen Kameras, Laserscanner oder 3D-Sensoren die relevanten Bereiche eines Bauteils. Die Bildverarbeitungssoftware bestimmt daraus definierte Messpunkte, Kanten, Konturen oder Höheninformationen und berechnet die erforderlichen Maße.
Die ermittelten Messwerte werden mit festgelegten Sollwerten und Toleranzen verglichen. Das System kann anschließend eine Gut-/Schlecht-Entscheidung an die Maschinensteuerung übergeben, Bauteile einer Toleranzklasse zuordnen oder Messwerte zur Dokumentation und Prozessauswertung bereitstellen.
Welche Genauigkeit erreichbar ist, hängt von der Prüfaufgabe, dem Messbereich, der Bauteilgeometrie, der Oberfläche, der Positionierung, der eingesetzten Sensorik und den Umgebungsbedingungen ab.
Welche Maße und Geometrien können optisch geprüft werden?
Durchmesser und Radien
Innen- und Außendurchmesser sowie Radien können anhand definierter Bauteilkanten oder Konturen bestimmt und mit den vorgegebenen Toleranzen verglichen werden.
Längen, Breiten und Abstände
Die Bildverarbeitung kann Längen, Breiten, Wandstärken sowie Abstände zwischen Kanten, Bohrungen, Aussparungen oder weiteren Bauteilmerkmalen messen.
Winkel und Positionen
Winkel, Ausrichtungen und die relative Position geometrischer Merkmale lassen sich automatisch erfassen. Dadurch kann beispielsweise geprüft werden, ob Bohrungen, Aussparungen oder montierte Komponenten korrekt angeordnet sind.
Spaltmaße und Bündigkeit
Bei montierten Komponenten oder Karosserieteilen können Spaltbreiten und Höhenunterschiede zwischen angrenzenden Flächen kontrolliert werden.
Konturen und Profile
Bauteilkonturen lassen sich mit einer Referenzgeometrie oder definierten Toleranzgrenzen vergleichen. Dadurch werden lokale Formabweichungen sichtbar.
Höhen, Tiefen und Volumen
Mit 3D-Verfahren können Höhenprofile, Vertiefungen, Erhebungen und Volumenmerkmale erfasst und geometrisch ausgewertet werden.
Form- und Lageabweichungen
Abhängig vom Messkonzept können Merkmale wie Rundheit, Ebenheit, Parallelität, Konzentrizität oder die relative Lage verschiedener Bauteilbereiche bewertet werden.
Welche Automotive-Bauteile können vermessen werden?
OCTUM entwickelt Messlösungen für unterschiedliche Fahrzeugkomponenten und Fertigungsprozesse, beispielsweise für:
- Stützringe, Kolbenringe und weitere rotationssymmetrische Bauteile
- Kolben, Zylinder- und Kurbelgehäuse
- Wendeschneidplatten und Präzisionswerkzeuge
- Stanz-, Biege-, Dreh- und Frästeile
- Getriebe- und Antriebskomponenten
- Dichtungen und Dichtflächen
- Karosserie- und Innenraumkomponenten
- Kunststoff-, Metall- und Gussteile
- Baugruppen mit mehreren relevanten Messmerkmalen
- Bauteile mit komplexen Konturen und Freiformflächen
Der konkrete Messumfang wird anhand der Zeichnung, der vorgegebenen Toleranzen, der zugänglichen Bauteilbereiche und der Einbausituation festgelegt.
2D- und 3D-Vermessung für unterschiedliche Messaufgaben
Optische 2D-Vermessung
Bei der 2D-Vermessung werden Merkmale innerhalb einer Bildebene ausgewertet. Das Verfahren eignet sich insbesondere für die Bestimmung von Längen, Breiten, Durchmessern, Abständen, Winkeln und Konturen, wenn die relevanten Geometrien eindeutig abgebildet werden können.
Eine kontrastreiche Darstellung der Messkanten ist dafür entscheidend. Je nach Bauteil kann eine Auflicht-, Durchlicht- oder speziell angepasste Beleuchtung eingesetzt werden.
Optische 3D-Vermessung
3D-Verfahren erfassen neben der Position in der Bildebene auch Höheninformationen. Dadurch können beispielsweise Höhen, Tiefen, Volumen, Ebenheiten, Profile oder räumliche Formabweichungen bestimmt werden.
Mögliche Verfahren sind unter anderem Lasertriangulation, Stereo-Vision oder andere kamerabasierte 3D-Aufnahmeverfahren. Die Auswahl richtet sich nach Messbereich, Genauigkeitsanforderung, Oberfläche und Taktzeit.
Kombinierte 2D- und 3D-Prüfung
Bei komplexen Anwendungen können 2D- und 3D-Daten innerhalb eines Prüfsystems kombiniert werden. So lassen sich beispielsweise Konturen und Durchmesser in 2D bestimmen und zusätzlich Höhen oder räumliche Abweichungen in 3D erfassen.
Wie funktioniert die automatische optische Vermessung?
1. Bauteil erfassen und ausrichten
Das Bauteil wird in einer definierten Position oder während seiner Bewegung aufgenommen. Lageabweichungen können innerhalb festgelegter Grenzen durch die Bildverarbeitung erkannt und bei der Messung berücksichtigt werden.
Bei rotationssymmetrischen oder rundum zu prüfenden Bauteilen können Taumeleinheiten, Drehvorrichtungen oder mehrere Kameraperspektiven eingesetzt werden.
2. Messmerkmale sichtbar machen
Beleuchtung, Optik und Sensorik werden auf Material, Oberfläche und Geometrie abgestimmt. Ziel ist es, die relevanten Kanten, Konturen oder Höheninformationen stabil und reproduzierbar zu erfassen.
3. Messwerte berechnen
Die Bildverarbeitungssoftware lokalisiert die festgelegten Messpunkte und berechnet daraus Maße, Abstände, Winkel, Konturen oder 3D-Merkmale. Gegebenenfalls werden mehrere Einzelmessungen miteinander verknüpft.
4. Toleranzen bewerten und Ergebnisse übergeben
Die Messwerte werden mit den hinterlegten Sollwerten und Toleranzgrenzen verglichen. Das Ergebnis kann als Gut-/Schlecht-Entscheidung oder als differenzierter Messdatensatz an die Maschinensteuerung oder ein übergeordnetes Produktionssystem übermittelt werden.
Abhängig vom Anlagenkonzept können Messwerte, Bilder und Prüfergebnisse zusätzlich dokumentiert und statistisch ausgewertet werden.
Typische Anwendungen in der Automotive-Produktion
OCTUM realisiert unter anderem Lösungen für folgende Messaufgaben:
- Durchmesserprüfung an Stützringen
- Vermessung des Stoßspiels von Kolbenringen
- Geometrieprüfung von Wendeschneidplatten
- 3D-Volumenmessung an Fahrzeugkolben
- Prüfung von Innen- und Außendurchmessern
- Messung von Längen, Breiten und Abständen
- Kontrolle von Bohrungspositionen und Lochabständen
- Prüfung von Spaltmaßen und Bündigkeit
- Vermessung von Konturen und Profilen
- Erfassung von Höhen, Tiefen und Ebenheiten
- Prüfung der Lage montierter Komponenten
- Vergleich gemessener Konturen mit Referenzgeometrien
Ob ein Merkmal unter den vorgesehenen Produktionsbedingungen optisch vermessen werden kann, sollte anhand von Originalteilen, Zeichnungen und den geforderten Toleranzen geprüft werden.
Drei Anwendungsbeispiele
Durchmesserprüfung an Stützringen
Bei Stützringen können Innen- und Außendurchmesser berührungslos erfasst und mit den vorgegebenen Toleranzgrenzen verglichen werden. Die automatisierte Maßprüfung ermöglicht es, Abweichungen frühzeitig im Produktionsprozess zu erkennen.
Geometrieprüfung von Wendeschneidplatten
Die Bildverarbeitung erfasst definierte Konturen, Abmessungen und geometrische Merkmale von Wendeschneidplatten. Abweichungen von der vorgegebenen Geometrie können automatisch erkannt und bewertet werden.
Vermessung des Stoßspiels von Kolbenringen
Das Stoßspiel von Kolbenringen kann optisch und berührungslos bestimmt werden. Der gemessene Abstand zwischen den Ringenden wird mit den festgelegten Sollwerten und Toleranzen verglichen.
Welche Faktoren beeinflussen die Messgenauigkeit?
Die erreichbare Messgenauigkeit lässt sich nicht allein aus der Auflösung einer Kamera oder eines Sensors ableiten. Entscheidend ist das Zusammenspiel des gesamten Messsystems.
Zu den wesentlichen Einflussfaktoren gehören:
- Größe des Messfeldes
- erforderliche Toleranzen und Messunsicherheit
- Kamera- und Sensorauflösung
- Optik und Abbildungsmaßstab
- Beleuchtung und Kantendarstellung
- Bauteiloberfläche und Reflexionsverhalten
- Positionierung und Bewegung des Bauteils
- mechanische Stabilität der Prüfstation
- Kalibrierung des Messsystems
- Temperatur, Vibrationen und Fremdlicht
- Taktzeit und verfügbare Aufnahmezeit
Deshalb wird jedes Messkonzept auf die konkrete Prüfaufgabe und die Bedingungen in der Produktion abgestimmt.
Optische Vermessung und Oberflächenprüfung unterscheiden
Bei der optischen Vermessung werden definierte geometrische Größen wie Durchmesser, Abstände, Winkel, Konturen oder Höhen bestimmt und mit Toleranzen verglichen.
Die Oberflächenprüfung sucht dagegen nach lokalen Fehlern oder Abweichungen wie Kratzern, Poren, Lunkern, Beschichtungsfehlern oder Verunreinigungen.
Beide Prüfaufgaben können innerhalb eines gemeinsamen Bildverarbeitungssystems kombiniert werden, wenn sowohl Maßhaltigkeit als auch Oberflächenqualität kontrolliert werden sollen.
Maßabweichungen frühzeitig im Prozess erkennen
Werden Maßabweichungen erst bei der Endkontrolle oder während der Montage erkannt, sind häufig bereits weitere Bearbeitungsschritte und damit zusätzliche Kosten entstanden.
Eine Inline-Vermessung ermöglicht es, definierte Maße unmittelbar nach einem relevanten Fertigungsschritt zu kontrollieren. Abweichende Bauteile können gezielt ausgeschleust, klassifiziert oder zur Nacharbeit weitergeleitet werden.
Die automatisierte optische Vermessung unterstützt:
- eine objektive und wiederholbare Maßprüfung
- die berührungslose Kontrolle empfindlicher Bauteile
- die Prüfung jedes Bauteils an der vorgesehenen Messstation
- die frühzeitige Erkennung von Maß- und Prozessabweichungen
- die Reduzierung unnötiger Weiterverarbeitung
- die automatische Sortierung nach Toleranzklassen
- die Dokumentation und statistische Auswertung von Messwerten
- kurze Prüfzeiten im automatisierten Produktionsprozess
Integration in neue und bestehende Produktionsanlagen
OCTUM stimmt das Messsystem auf die jeweilige Produktionsumgebung ab. Berücksichtigt werden unter anderem Taktzeit, Bauraum, Teilehandling, Messbereich, geforderte Toleranzen und vorhandene Schnittstellen.
Je nach Anwendung sind unterschiedliche Systemkonzepte möglich:
- Inline-Vermessung direkt im Produktionstakt
- Offline- oder Atline-Messstationen
- Prüfung stehender oder bewegter Bauteile
- Einsatz mehrerer Kameras oder 3D-Sensoren
- robotergestützte Vermessung
- Taumeleinheiten für rotationssymmetrische Bauteile
- automatisierte Bauteilzuführung und Positionierung
- Integration in neue Maschinen und Fertigungslinien
- Nachrüstung bestehender Produktionsanlagen
- Kommunikation mit SPS und Maschinensteuerung
- Übergabe von Messwerten an übergeordnete Systeme
- format- und variantenspezifische Messprogramme
Von der Machbarkeitsstudie bis zur Inbetriebnahme
Die Entwicklung einer optischen Messlösung beginnt mit der Definition der relevanten Messmerkmale, Sollwerte und Toleranzen. Dafür werden idealerweise Bauteilzeichnungen, Originalteile und Informationen zu den vorgesehenen Produktionsbedingungen bereitgestellt.
Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie kann OCTUM untersuchen, mit welchem optischen Verfahren die Merkmale reproduzierbar erfasst werden können. Die Ergebnisse bilden die Grundlage für die Auswahl von Kameras, Sensoren, Optiken, Beleuchtung, mechanischem Aufbau und Auswertesoftware.
OCTUM begleitet das Projekt von der Konzeption und Umsetzung über die Integration und Inbetriebnahme bis zum Support während des laufenden Betriebs.
FAQ zur automatisierten optischen Vermessung
Welche Maße können mit industrieller Bildverarbeitung geprüft werden?
Je nach Anwendung können unter anderem Längen, Breiten, Durchmesser, Radien, Abstände, Winkel, Konturen, Spaltmaße, Höhen, Tiefen und Volumenmerkmale bestimmt werden. Welche Messgrößen erfasst werden können, hängt von der Bauteilgeometrie und der optischen Zugänglichkeit ab.
Was ist der Unterschied zwischen einer 2D- und einer 3D-Vermessung?
Eine 2D-Vermessung bestimmt Merkmale innerhalb einer Bildebene, beispielsweise Längen, Durchmesser, Abstände oder Winkel. Eine 3D-Vermessung erfasst zusätzlich Höheninformationen und eignet sich unter anderem für Profile, Vertiefungen, Ebenheiten und räumliche Formabweichungen.
Wie genau ist eine optische Vermessung?
Die erreichbare Genauigkeit hängt unter anderem vom Messbereich, der erforderlichen Toleranz, der Sensorauflösung, der Optik, der Beleuchtung, der Bauteilpositionierung und den Umgebungsbedingungen ab. Sie muss deshalb für jede Messaufgabe individuell bestimmt und nachgewiesen werden.
Können Bauteile während der Bewegung vermessen werden?
Eine Vermessung bewegter Bauteile ist grundsätzlich möglich. Ob sie sich für eine konkrete Anwendung eignet, hängt unter anderem von der Bewegungsgeschwindigkeit, der Belichtungszeit, der erforderlichen Auflösung und der verfügbaren Aufnahmegeometrie ab.
Kann ein optisches Messsystem mehrere Merkmale gleichzeitig prüfen?
Ja. Innerhalb einer Aufnahme oder Prüfstation können mehrere Maße und geometrische Merkmale bestimmt werden, sofern sie optisch zugänglich sind und mit dem gewählten Messaufbau ausreichend genau erfasst werden können.
Ist eine vollständige Inline-Vermessung möglich?
Alle Bauteile, die eine entsprechend ausgelegte Messstation durchlaufen, können automatisiert geprüft werden. Welche Merkmale dabei vollständig erfasst werden, hängt von ihrer Zugänglichkeit, den festgelegten Toleranzen und dem Anlagenkonzept ab.
Kann eine optische Vermessung nachgerüstet werden?
Eine Nachrüstung ist grundsätzlich möglich. Dafür müssen unter anderem der verfügbare Bauraum, das Teilehandling, die Taktzeit, die geforderte Messgenauigkeit und die vorhandenen Maschinenschnittstellen geprüft werden.
Was ist der Unterschied zwischen optischer Vermessung und Oberflächenprüfung?
Die optische Vermessung bestimmt definierte Maße und geometrische Eigenschaften eines Bauteils. Die Oberflächenprüfung erkennt lokale Fehler oder Abweichungen auf der Oberfläche. Beide Prüfaufgaben können in einem gemeinsamen Prüfsystem kombiniert werden.
Ihre Messaufgabe ist nicht aufgeführt?
Bauteile, Toleranzen und Produktionsbedingungen unterscheiden sich von Anwendung zu Anwendung. Gemeinsam mit Ihnen bewerten wir, wie sich die relevanten Maße und Geometrien optisch erfassen und in Ihren Produktionsprozess integrieren lassen.
Sprechen Sie mit uns über Ihre Bauteile und Messanforderungen.
