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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 [email protected]
Dr. Albrecht Brandenburg Leiter Optische Oberflächenanalytik OOA Tel. 0761 - 8857 - 306 [email protected]
Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM Heidenhofstraße 8 79110 Freiburg www.ipm.fraunhofer.de
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