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EFB-Forschungsbericht Nr. 150

Laseroptische Bestimmung der Qualität organischer Schichten auf Blechteilen nach einem Umformprozess

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. habel. Reimund Neugebauer, Dipl.-Ing. Matthias Weiser, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Chemnitz

70 Seiten (Sw 8 Abb., 14 Tab., 8 Diag.)

ISBN: 978-3-86776-148-2

Preis (Digital) EUR 30,00

Preis (Print) EUR 33,20

Zusammenfassung

In der Industrie werden im zunehmenden Maße zum Schutz von Blechteilen organische Beschichtungen verwendet. Neben einem wirksamen Korrosionsschutz ermöglichen diese Beschichtungen Laugenbeständigkeit, Steinschlagfestigkeit und ein dauerhaftes dekoratives Aussehen.

Da die Veredlung aus Effektivitäts- und Kostengründen in großtechnischen Bandbeschichtungsanlagen  erfolgt, ist die Beschichtung der nachfolgenden Umformbeanspruchung der Halbzeuge ausgesetzt. Bei der Wechselwirkung zwischen Umformvorgang und organischer Beschichtung kann es aus verschiedenen Gründen zu Fehlern, wie z. B. Abmattung, Abrieb, Abplatzungen und Mikrorisse, führen.

In diesem Zusammenhang besteht die Aufgabe, am umgeformten Teil die kritischen Zonen der Beschichtung zu überwachen. Die bisherige Bewertung beruht auf eine subjektive Einschätzung der Qualität. Es besteht somit ein Bedarf an einem objektiven Messprinzip.

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden Grundlagenuntersuchungen zu einem laseroptischen Messverfahren durchgeführt. Das Verfahren beruht auf einen neuartigen kombinativen Ansatz der Specklemesstechnik in Verbindung mit Methoden der künstlichen Intelligenz. Vom interessierenden Oberflächenbereich wird die sich bei entsprechender Beleuchtung ausbildende Speckleverteilung aufgenommen. Diese Specklemuster enthalten verschlüsselte Informationen zur Oberflächenstruktur. Mittels speziell zu entwickelnder Deskriptoren werden diese Informationen extrahiert und in einer geeigneten komprimierten Form als Eingangsmerkmale der nachfolgenden Fuzzy-Klassifikation bereitgestellt. Durch die Klassifikation erfolgt eine Zuordnung der Messobjekte zu einer Güteklasse.

Zur Durchführung der Messungen wurde ein Experimentalaufbau konzipiert und realisiert. An Hand einer umfangreichen Musterkollektion, die relevante Fehlermerkmale aufwies, erfolgte der Eignungstest der entwickelten Bewertungsstrategie.

In der Bearbeitung des Forschungsvorhabens konnte der Nachweis erbracht werden, dass laseroptische Verfahren der Specklemesstechnik geeignet sind, Oberflächenfehler an organisch beschichteten Umformteilen zu erkennen. Es wurde eine hohe Bewertungssicherheit erzielt und die Reproduzierbarkeit der Auswertemethode nachgewiesen. Es zeigte sich, dass man mit dieser Methode Fehler unterschiedlichster Größenordnungen mit einer hohen Sicherheit klassifizieren kann. Das Fehlerspektrum umfasste dabei Fehlerarten, die ohne Hilfsmittel sichtbar sind, und Fehler, die nur mit Hilfsmittel erkennbar sind.

Ausgehend von den Ergebnissen der Grundlagenentwicklung sehen wir weiteres Potential für die anwendungsorientierte Weiterentwicklung dieses laseroptischen Ansatzes. Hierbei sollten folgende Schwerpunkte, wie z. B. die weitere Verbesserung der Klassifikationssicherheit, die Entwicklung einer globalen Bewertungsstrategie, Möglichkeiten zur Vergrößerung des Bewertungsbereiches und die Untersuchung der Einflüsse von Umgebungsbedingungen des Produktionsprozesses, im Vordergrund stehen.

Das Forschungsvorhaben „"Laseroptische Bestimmung der Qualität organischer Schichten auf Blechteilen nach einem Umformprozess“ wurde unter der Fördernummer AiF 11829B/1 von der EFB e.V finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 150 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1 Einleitung
2 Stand der Technik
3 Zielstellung
4 Musterkollektion
4.1 Probensatz
4.2 Fehlerspektrum - Konventionelle Bewertung
5 Bewertungsverfahren
5.1 Specklestatistik
5.1.1 Verfahrensgrundlagen
5.1.2 Aufbau des Experimentalsystems
5.2 Auswertealgorithmus
5.2.1 Deskriptorensätze
5.2.2 Bildvorverarbeitung
5.2.3 Nutzung künstlicher Intelligenz
5.3 Bewertungsablauf
6 Versuchsdurchführung
6.1 Versuchsschwerpunkte Versuchsumfang
6.3 Beispiele von Specklefeldern
6.4 Messfeldgröße
6.5 Vergleich Konventionelle Bewertung Fuzzy-Klassifikation
7 Ergebnisse
7.1 Ebene Muster
7.1.1 Intensitätsmessung
7.1.2 Phasen- und Polarisationsmessung
7.2 Umgeformte Muster
7.3 Umgebungseinflüsse
7.3.1 Langzeitstabilität
7.3.2 Fremdlicht
7.3.3 Messobjektpositionierung
7.4 Fehlerbetrachtung
7.4.1 Fehler der Messdurchführung
7.4.2 Fehler durch Umgebungsbedingungen
7.5 Einschätzung der laseroptischen Methode
8 Zusammenfassung und Ausblick
Literaturverzeichnis