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parts2clean Fachforum, 24.10.2018

Dr. Jan Schütz, Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM

Partikuläre und filmische Verunreinigungen bildgebend detektieren und klassifizieren

Grundlagen

Verunreinigungen auf technischen Bauteilen

Optische Inspektion

Anwendungsbeispiele

Partikuläre Verunreinigungen

Filmische Verunreinigungen

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Fraunhofer-Gesellschaft in Deutschland und weltweit

Die Fraunhofer-Gesellschaft ist global und an vielen Orten in Deutschland aktiv.

Jedes der Fraunhofer-Institute hat große Handlungsspielräume.

Fraunhofer IPM

rund 200 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

Haushalt 2016: 16,7 Mio. €, davon 44 % Industrieerträge

Freiburg

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Verunreinigungen auf technischen Bauteilen Klassifizierung

Filmische Verunreinigungen

Stanz- und Zieh-Öle, Kühlschmierstoffe

Reinigungsmittel-Rückstände

Korrosionsschutzmittel

Weitere Prozesshilfsstoffe

Partikuläre Verunreinigungen

Metallische Partikel und Späne (Bearbeitung, Montage, ...)

Nichtmetallische Partikel (Abrieb Verpackung, Handling, ...)

Fasern (Textilfasern, Staub, ...)

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Standardanalyse partikulärer Verunreinigungen nach VDA 19 (ISO 16232)

1. Extraktion der Partikel vom Bauteil (Abwaschen)

2. Filtration

3. Lichtoptische Analyse der im Filter gesammelten Partikel

a) Klassifizierung nach Art: metallisch / nicht metallisch / Faser

b) Klassifizierung nach Größe: Klassen typ. ab 50 µm

Nachteile

Aufwendig aufgrund Extraktionsprozess

Nur Stichprobenprüfung möglich

Zeitverzug aufgrund Laboranalyse

Optische Detektion direkt auf dem Bauteil

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Grundlagen der optischen Inspektion

1. Beleuchtung

2. Optik

3. Kamera

4. Steuerungselektronik

5. Bildauswertung

PC

PC Elektronik

Kamera

Optik

Beleuchtung

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Beleuchtungsarten

Durchlicht

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Grundlagen der Fluoreszenz

Kamera

Emission von langwelligem Licht (blau) nach Anregung durch kurzwelliges Licht (UV)

Analyse von Oberflächen auf

Verunreinigungen

Beschichtungen, Kleber, Lacke, ...

Hohe Empfindlichkeit: Erkennung von sehr geringen Verunreinigungen

Bildgebung: Lokalisation der Verunreinigung

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F-Camera

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Fluoreszenz

Dunkelfeld

Hellfeld koaxial

Vergleich verschiedener Bildgebungsarten

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Partikuläre Verunreinigungen Detektion und Klassifikation direkt auf dem Bauteil

1. Detektion in Dunkelfeldbild

2. Größenbestimmung mit Bildauswertung

3. Klassifizierung mit Bildauswertung

a) metallischer Glanz? ja: metallisch nein: nicht metallisch

b) Faser

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Partikuläre Verunreinigungen Detektion und Klassifikation direkt auf dem Bauteil

Bild

feld

typ

. 19 x

14 m

m

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Wie komplexe Bauteile inspizieren? Anpassung Bildgebung an Bauteilgeometrie

Beispiel: Robotergestützte Inspektion der Zylinder eines Motors

Miniaturisierter Messkopf

Beleuchtung angepasst an Zylindergeometrie

Exponat an Stand C31

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Wie strukturierte Oberflächen inspizieren? Stimulierte differenzielle Partikeldetektion Was unterscheidet Partikel von Kratzern / Bauteilkanten?

Partikel ist lose oder leicht gebunden und bewegt sich bei Stimulation (Luftstoß, Schall, mechanischer Impuls, ggf. Magnetfeld)

- =

Bild vor Luftstoß Bild nach Luftstoß Differenz

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Inspektion transparenter Objekte Detektion von Glassplittern in Vials

Durchlicht

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Inspektion transparenter Objekte Detektion von Staub und Fasern in Infusionsbeuteln

Durchlicht

Fluoreszenz

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Detektion filmischer Verunreinigungen F-Scanner 2D

Aufbau

Schnelles Scannen der

Oberfläche mit UV-Laserstrahl

Detektion der Fluoreszenz mit

empfindlichem Detektor

Kennzahlen

Sichtfeld 500 x 500 mm²

Nachweisgrenze: ca. 0,01 g/m²

Scharfe Darstellung komplex geformter Bauteile wegen hoher Tiefenschärfe

Exponat an Stand C31

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Anwendung Detektion von Verunreinigungen - Sitzschale

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Anwendung Prüfung von Beschichtungen auf Lagerschalen

unbeschichtet dünne Schicht dicke Schicht

Signal (V)

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Schnelle Prüfung von Bandware F-Scanner 1D Linienbreite bis zu 2 m

mit einem Scanner

Aufnahme von 400 Linien pro Sekunde mit jeweils 600 Messpunkten

Beispiel: Auflösung in Vorschubrichtung von 5 mm bei einem Vorschub von 2 m/s in Vorschub-richtung

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Anwendungen Ölauflagenmessung an umgeformten Teilen

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FREIFALL Fluoreszenzprüfung

6 Kameras zur Fluoreszenzdetektion

200 W UV-Blitz

3 Kameras zur Lageerkennung

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FREIFALL Fluoreszenzprüfung

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FREIFALL Fluoreszenzprüfung

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FREIFALL Fluoreszenzprüfung

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Kontakt

Dr. Jan Schütz Optische Oberflächenanalytik OOA Tel. 0761 - 8857 - 742 jan.schuetz@ipm.fraunhofer.de

Dr. Albrecht Brandenburg Leiter Optische Oberflächenanalytik OOA Tel. 0761 - 8857 - 306 albrecht.brandenburg@ipm.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM Heidenhofstraße 8 79110 Freiburg www.ipm.fraunhofer.de

Aus Ideen werden Lösungen.