Real-Time Machine-Vision-System -

Echtzeitfähiges Machine-Vision System zur Qualitätssicherung im Faserverbundleichtbau

Aktuelle Entwicklungen im Bereich der Faserverbundkunststoffe (FVK) zielen auf eine systematische Erhöhung der Flexibilität von Produkten und Produktionsprozessen ab. Für die Produktionstechnik bedeutet dies, dass sowohl für Massenprodukte als auch für Kleinstserien eine optimale und dokumentierbare Qualität der Endprodukte gewährleistet werden muss.

Für die FVK-Produktionsprozesse werden deshalb neue und innovative Konzepte zur automatisierten Inline-Qualitätssicherung benötigt, die eine bedarfsgerechte Schließung von Qualitätsregelkreisen ermöglichen. Die Grundvoraussetzung für solche Systeme ist die Entwicklung, Integration und Evaluierung von deterministischen Echtzeit-Sensorsystemen. Ein deterministisches und damit vorhersagbares Systemverhalten ermöglicht die Optimierung und Anpassung der Prüftakte an den Produktionstakt. Durch die Nutzung von standardisierten Schnittstellen (CANopen, EtherCAT, etc.) können echtzeitfähige Sensorsysteme effizient in bestehende Produktionsprozesse integriert werden. Eine zuverlässige Modellierung der erreichbaren Messunsicherheit in Abhängigkeit eingestellter Messtakte erlaubt zudem eine bedarfs- und kostengerechte Konfiguration der verwendeten Messsysteme. Insbesondere in den Bereichen der Prozessplanung und Prozessdokumentation können durch die Einführung von Echtzeitsensorsystemen erstmalig zuverlässige Aussagen über die zeitliche Verfügbarkeit von Prozess- und Qualitätsdaten in vernetzten Systemen getroffen und genutzt werden.   

Unter besonderer Berücksichtigung des Industrie 4.0 Gedankens wurde am Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen ein Echtzeitsensorsystem zur Inline-Qualitätssicherung für den Faserverbundleichtbau entwickelt. Durch die komplexen Struktureigenschaften der Faserverbundwerkstoffe ist insbesondere im Bereich der Qualitätssicherung eine individuelle Prüfung (Stückzahl eins) und Bewertung jedes Bauteils notwendig. Das entwickelte System kombiniert optische und röntgenbasierte Messtechnik unter deterministischen Zeitbedingungen. Hierdurch wird die Messung der 3D-Faserorientierung von textilen Halbzeugen sowie die Detektion auftretender Fehler wie Faserlücken oder Faserverdichtungen bereits während des Produktionsprozesses ermöglicht. Die Echtzeitfähigkeit des Systems wird durch eine soft- und hardwaretechnische Umsetzung auf speziellen Echtzeitkomponenten (Realtime LabView, FPGA) gewährleistet.

Durch den modularen Aufbau des entwickelten Systemkonzeptes ist dieses auf eine Vielzahl weiterer Prüfprozesse und Sensorsysteme adaptierbar. Erst durch die Kenntnis über die genaue zeitliche Verfügbarkeit (Vorhersagbarkeit) unterschiedlicher Sensordaten kann die angestrebte intelligente Vernetzung und Automatisierung verschiedener Prozesse effizient und effektiv umgesetzt werden. Das Systemkonzept bietet daher einen wichtigen Baustein für Echtzeitprüfprozesse und somit für die erfolgreiche Einführung und Umsetzung der Industrie 4.0.

Abbildung: Komponenten des RT-MVS