SPS3D

Adaptive Messsensorik zur spektralen Oberflächeninspektion in 3D

Spektrale Oberflächeninspektion in der industriellen Fertigung

In fast allen Produktionsbereichen wird in Zukunft die Inspektion spektraler Eigenschaften von Oberflächen (Spektralfarbmesstechnik) ein unabdingbarer Arbeitsschritt. Dabei besteht ein klarer Trend dahingehend, dass auch auf 3D-Objekten spektral gemessen werden muss. Speziell der aktuell immens wachsende Markt additiver Fertigungsverfahren stellt hier hohe Ansprüche. Gleichzeitig werden immer höhere Anforderungen an die Genauigkeit der Inspektion bei gleichzeitig steigenden Geschwindigkeiten gestellt. Diese Forderungen führen zu völlig neuen Sensorkonzepten. Einerseits wird die Fusion von kamerabasierter 3D- und Spektralfarbmesstechnik verlangt. Andererseits wird eine applikationsspezifische Anpassung der spektralen Sensorempfindlichkeiten notwendig, weil dies der einzige Weg ist, mit vernünftigem technischem Aufwand gleichzeitig eine Verbesserung von Genauigkeit und Geschwindigkeit zu erreichen. Aktuelle technologische Lösungen zeigen hier deutliche Defizite.

Neuer hybrider 3D- und Spektralsensor

Die technische Basis des neuen Sensorkonzepts bildet ein neuartiges Messsystem aus dem Hause Chromasens – ein CMOS-basierter 12-Zeilen-Sensor, der in der Lage ist, 12-kanalig pixelweise Bilddaten zu erfassen. Die 3D-Information entsteht durch Aufteilung der Zeilen in ein linkes und rechtes Sichtfeld, wodurch stereoskopische Verfahren angewandt werden können. Ein solcher Sensor soll mit applikationsspezifischen Filterfunktionen ausgerüstet werden – und zwar in hoher spektraler Granulierung und direkt auf dem Sensor (also ohne zusätzliche optische Bauteile). Dadurch entsteht ein hybrider 3D- / Spektral-Sensor.

Im Verbundprojekt SPS3D haben sich die KMUs Chromasens GmbH, ficonTEC Service GmbH und INNOVATIVE INK GmbH, das Institut für Print- und Medientechnik der TU Chemnitz sowie die Baumer Inspection GmbH als industrieller Anwender zusammengetan, um ein solches neuartiges hybrides Sensorsystem sowie Verfahren zu dessen Herstellung zu erforschen.

Kernidee des Projekts ist es, jedes der 15.000 Pixel eines Sensors einzeln mit einem applikationsbezogenen Filter auszurüsten, um so beliebige spektrale Empfindlichkeiten erreichen zu können. Das synergetisch zusammengesetzte Konsortium untersucht in diesem Kontext jeweils komplementäre Aufgabenstellungen.

Es ist ein geeignetes Farbfiltermodell zur möglichst flexiblen spektralen Individualisierung zu erforschen. Ein leistungsfähiges Druckverfahren für das Bedrucken von Einzel-Pixeln sowie ein zugehöriger hochgenauer Druckprozess sind zu etablieren und letztlich sind geeignete Farbsysteme zu erarbeiten, welche gleichermaßen die spektralen und drucktechnischen Belange erfüllen.
Als Gesamtziel soll eine neue Sensortechnologie demonstriert werden, welche in industriellen Anwendungen auf dreidimensionalen Oberflächen Spektralfarbmessungen mit deutlich reduziertem Farbmessfehler und hoher Inspektionsgeschwindigkeit ausführt. Die Technologie soll perspektivisch industriellen Anwendern zugänglich sein, um deutlich verbesserte Inspektionslösungen in Zukunftsfeldern anbieten zu können – vom haptischen Dekordruck bis zum 3D-gedruckten Bauteil.

Projektdetails

Koordinator

Dr.Timo Eckhard
Chromasens GmbH
Max-Stromeyer-Str. 116, 78467Konstanz
+49 7531 876-832

Projektvolumen

1.908.639 € (ca. 59 % Förderanteil durch das BMBF)

Projektdauer

01.09.2017 - 31.08.2020

Projektpartner

Chromasens GmbHKonstanz
ficonTEC Service GmbHAchim
Innovative Ink GmbHBad Windsheim
Technische Universität Chemnitz - Fakultät für Maschinenbau - Institut für Print- und MedientechnikChemnitz
Baumer Inspection GmbH (assoziiert)Konstanz