Abbildung 1: Ablauf der Prüfung von Bauteilen in der Produktion.

CrackInspect

Abbildung 2: (a) Markierte Rissanzeige eines im freien Fall aufgenommenen kaltumgeformten Bauteils. (b) Aufnahme unter Umgebungslicht, der Riss ist kaum erkennbar. (c) Simulation der Bauteilspannung am Riss unter Belastung.

Projekttitel: Automatische Rissprüfung und Bewertung bei Umformprozessen zur Einsparung von CO2, Vermeidung von Ausschuss und zur Erhöhung der Langlebigkeit von Massenprodukten

Trotz steter Weiterentwicklung von Messtechnik, Kameratechnik und Bildverarbeitung sind die Detektion und Bewertung von Oberflächendefekten auf Metallbauteilen immer noch ein ungelöstes Problem. Durch den Trend zum Leichtbau und immer höhere Anforderungen an die Qualität und Langlebigkeit von Produkten sind wenige Mikrometer große Defekte, insbesondere Risse, bereits kritisch. Gleichzeitig fordern Hersteller von Ihren Zulieferern eine CO2-neutrale Fertigung, sodass zerspanende Fertigung mit hohem Materialeinsatz nicht mehr möglich ist. Durch Kaltumformprozesse kann der CO2-Einsatz bei höherer Produktivität und Taktzeit deutlich reduziert werden. Dadurch wird heutzutage bereits bis zu 57% weniger CO2 emittiert. Um Prozesssicherheit zu gewährleisten, benötigen Umformprozesse aber eine 100-Prozent-Prüfung aller Bauteile auf Geometrieabweichungen und Mikrorisse. Auf Risse kann bisher meist nicht automatisiert geprüft werden, weshalb viele Bauteile sehr aufwendig – teilweise gar unter Mikroskopen – sichtgeprüft werden. Der Ausschuss liegt bei den Herstellern aktuell zwischen 3 bis 10 Prozent. Kriterium für den Ausschuss ist meist die vom Sichtprüfer subjektiv geschätzte Risslänge.

Das Fraunhofer IPM hat bereits ein einzigartiges Messsystem für die 100-Prozent-Oberflächenprüfung von Schüttgut entwickelt und patentiert. Dabei werden Bauteile im freien Fall von allen Seiten gleichzeitig fotografiert und automatisiert mit virtuellen Ansichten des Bauteils verglichen. Im Demonstrator-Projekt „CrackInspect“ soll das System auf die Erkennung von Mikrorissen erweitert werden und so für Metallbauteile erstmals eine 100-Prozent-Prüfung aller typischen Fehlerkategorien einer Umformung ermöglichen. Hierzu trägt das Fraunhofer IWM mit seiner Kompetenz der Fehlerbewertung und Optimierung des Bauteileinsatzverhaltens bei. Durch die hohen Kosten der Sichtprüfung bei vielen Produkten ermöglicht erst eine automatisierte Prüfung den Umstieg auf die CO2-sparende Umformung. Die Anwendung im Umformwerk mit hoher Automatisierung und einer Fertigung im Sekundentakt stellt einen optimalen Anwendungsfall für die geplante Technologieentwicklung im Vorhaben „CrackInspect“ dar. Projektziel ist die Demonstration der 100-Prozent-Oberflächenprüfung fehlerhafter Umformbauteile für belastbare Daten im Produktionstakt der Fertigung. Dabei werden Fehlerkategorien wie Geometrieabweichungen, Texturfehler und Risse automatisch erkannt, klassifiziert und bauteilspezifisch bewertet. Für die Projektdurchführung stehen reale Bauteile der assoziierten Partner zur Verfügung und können zur Bewertung mit den Ergebnissen der manuellen Sichtprüfung verglichen werden.

Das Freifall-Prüfsystem wird in enger Absprache mit den assoziieren Partnern weiterentwickelt und anhand derer konkreten Anforderungen in der Anwendung demonstriert. Die zukünftigen Anwender dieser Technik werden durch eine dokumentierte 100-Prozent-Prüfung profitieren, da auf dieser Basis anspruchsvolle Kundenanfragen bedient werden können. Im Zuge dessen werden die Produktions-Kosten und -Zeiten pro Bauteil einerseits durch die Verringerung des Ausschusses und zusätzlich durch den Wegfall der manuellen Sichtprüfung reduziert.