Oberflächeninspektion

Funktionalität und Ästhetik sind wesentliche Qualitätskriterien. Oberflächenfehler führen an Bauteilen mitunter zur Beeinträchtigung der Funktionsweise, bei anderen Produkten trüben sie das Erscheinungsbild. Durch Risse, Kratzer etc. kommt es nicht selten zu Reklamationen. Bei der Oberflächeninspektion werden Objekthüllen optisch geprüft. Als Teil der Qualitätssicherung hilft das Verfahren, Fertigungsprozesse zu optimieren.

Bei Oberflächeninspektionen unterscheidet man zwischen taktilen und optischen Verfahren. Die erste Variante zählt zu den Tastschnittverfahren. Kontrollgeräte mit diamantbestückten Spitzen messen die Rauheit von Oberflächen. Die Methode liefert präzise Werte, die im Nanobereich liegen. Die optische Oberflächeninspektion hingegen ist ein berührungsfreies Prüfverfahren. Die wohl einfachste Methode stellt die Sichtkontrolle durch das menschliche Auge dar. Diese ist im Rahmen der Einzel- und Kleinserienfertigung eine gute und kostengünstige Möglichkeit, Objekte grob in Augenschein zu nehmen. Dabei kommen mitunter Hilfsmittel wie Vergrößerungsgläser, Mikroskope und UV-Licht zur Anwendung. Automatische Systeme arbeiten genauer und zuverlässiger. Schädigungen im Material sind durch die Oberflächenprüfung jedoch nicht ermittelbar. Andere Verfahren, die mithilfe von Ultraschallwellen, Röntgen- oder Gammastrahlen arbeiten, spielen hier ihre Vorteile aus.

Die Oberflächeninspektion erfolgt weitgehend durch automatische Prüfsysteme. Den Kern bilden Kameras und Sensoren. Leistungsstarke Linsen nehmen äußere Oberflächen auf und geben die Bilder an einen PC weiter, der sie digital aufbereitet. Eine Herangehensweise hat sich in der Praxis bewährt: Anhand vordefinierter Kriterien erkennt die eingesetzte Software minimale und grobe Abweichungen. Die Daten werden mit Referenzbildern oder Soll-Werten verglichen. Treten Unregelmäßigkeiten auf, handelt es sich mit hoher Wahrscheinlichkeit um Ausschuss. Oberflächen lassen sich ebenso durch Lasertechnik abtasten, im Computer entstehen dabei dreidimensionale Aufnahmen. Prüfanlagen entscheiden innerhalb weniger Sekunden, ob Produkte fehlerhaft sind oder nicht.

Durch enorme Rechnerkapazitäten, effiziente Mikrochips und hochauflösende Kameras lässt sich die optische Oberflächeninspektion selbst bei schnellen Produktionsabläufen durchführen. Das Verfahren glänzt durch geringe Prüfzeiten, sofern das eingesetzte Equipment den Anforderungen entspricht. Oft erfolgen die Aufnahmen durch mehrere Kameras und aus unterschiedlichen Perspektiven, sodass sie Produkte in einem Arbeitsgang nahezu komplett abbilden. Die Oberflächen müssen nicht glatt und eben sein, auch Meterware wie Latex, Stoffe, Plastikfolien und Kabel sind prüfbar.

Ohne Kontrast ist eine fototechnische Selektion nur schwer möglich. Fingerabdrücke, Kratzer, Risse, Grat und Druckstellen sind für ein System dann erkennbar, wenn sich die Stellen stark von der Umgebung abzeichnen. Die intensive Ausleuchtung der Aufnahmebereiche spielt eine zentrale Rolle. Es kommen häufig sehr helle Lichtquellen sowie UV-Licht zum Einsatz, doch der eigentliche Kontrasterzeuger steckt im Computer. Eine vereinfachte Bildbearbeitung optimiert kontinuierlich die übermittelten Bilder. Ähnlich wie bei einer Fotobearbeitungssoftware passt sie Gradationskurven an und setzt Belichtungsschwellenwerte auf minimale Toleranzbereiche. Die Schwarz-Weiß-Aufnahmen stellen Produktoberflächen extrem hell oder dunkel dar. Selbst kleinste Verschmutzungen und Riefen heben sich durch den starken Kontrast ab.

Wie hoch die Fehlererkennung ausfällt, ist von zahlreichen Faktoren abhängig. Prüfanlagen erkennen nicht den tatsächlichen Zustand von Oberflächen. Sie nehmen Bilder auf und verfälschen diese, um durch Kontrast messbare Ergebnisse zu liefern. So kann es vorkommen, dass ein Hydraulikschlauch nicht länger in der Produktion verbleibt, weil die Wandung minimale Verunreinigungen aufweist. Der Artikel ist jedoch in einem technisch einwandfreien Zustand. Es gilt, die Parameter exakt auf die Anforderungen einzustellen. In der Regel sind Prüfanlagen zur optischen Oberflächeninspektion übervorsichtig.

Die optische Oberflächeninspektion ist in jedem Industriezweig angesiedelt. Besonders jene Unternehmen sind auf das Verfahren angewiesen, die Waren in hohen Stückzahlen produzieren. Die Fertigung sicherheitsrelevanter Bauteile im Flugzeugbau kommt ohne die Oberflächenprüfung nicht aus. Ob bei Automobilherstellern, in der Metallverarbeitung oder auf dem Gebiet der Elektrotechnik: Die optische Oberflächeninspektion stellt im Rahmen der Produktion hohe Qualitätsstandards sicher. Im Prinzip arbeitet auch die moderne Rohr- und Kanalreinigung mit diesem Verfahren. Mit Kameras bestückte Sonden und Roboter fahren Leitungen ab und übermitteln ihre Aufnahmen direkt an einen Monitor. Die Begutachtung von Mauerwerk und Innenwandungen erfolgt meist durch den Menschen. Selbst in der Lebensmittelindustrie hat sich die optische Oberflächenprüfung etabliert. Entsprechen die Maße hochwertiger Pralinen und Schokoladentafeln nicht den Vorgaben, gelangen sie nicht in den Handel. Die Qualität von Verpackungen lässt sich ebenfalls prüfen. Fast alle Sprudel-, Bier- und Saftflaschen bestehen aus transparenten Materialien wie Kunststoff oder Glas – ein Vorteil, der sich bei der Inspektion großer Chargen bezahlt macht. Kontrasterzeugende Lichtblitze durchdringen die Werkstoffe, sodass Kameras und Sensoren kleinste Haarrisse, Flüssigkeitsreste und Verunreinigungen aufdecken. Die Prozesse laufen in abgeschirmten Sektionen ab und lassen sich mit bloßem Auge kaum wahrnehmen.