Zuverlässiges 3D-Messverfahren sichert Qualität hochwertiger Spritzguss-Bauteile

Spiegelnde und glänzende Oberflächen ermöglichen oft ein hochwertiges und individuelles Design. Die Nachfrage nach Produkten mit spiegelnden Oberflächen steigt daher stetig. Zu solchen Produkten gehören zum Beispiel Gehäuseteile elektronischer Geräte, Displays, Rückspiegel oder Umlenkspiegel in Head-Up-Displays sowie Car Exterior wie B-Säulen, Blenden, Zierleisten, Tankdeckel oder Scheinwerfer. Piano-Black als Hochglanz-Variante von Kunststoffoberflächen im Fahrzeuginneren ist im hochwertigen Automobilbau fast schon ein Standard. Diese Produkte werden meist im Spritzgussverfahren hergestellt. Dabei wird heißer, flüssiger Kunststoff in ein Werkzeug gespritzt, wo er anschließend kühlt und aushärtet. Im Idealfall behält der ausgehärtete Kunststoff nach dem Öffnen des Werkzeuges und der vollständigen Abkühlung genau die Form, die mit dem Hohlraum des Werkzeugs vorgesehen ist. Allerdings können Verfahrensfehler zu zahlreichen Mängeln und Defekten am Bauteil führen. Für die Qualitätskontrolle sind dabei zwei Herausforderungen zu differenzieren.

Kosmetische Defekte zuverlässig erkennen

Kosmetische Defekte wie Grate an den Formnähten, Verunreinigungen oder Einschlüsse entstehen häufig durch falschen Einspritzdruck. Ob diese Defekte im weiteren Prozess behoben werden können oder unerheblich sind, hängt vom jeweiligen Bauteil ab. Sind die Bauteile nicht transparent oder werden sie nach dem Spritzguss poliert, lackiert oder beschichtet, spielen viele Oberflächendefekte in diesem Prozessstadium häufig noch keine Rolle. Anders sieht es mit Defekten aus, die erst nach der Beschichtung oder Lackierung auftreten. Dazu gehören Kratzer sowie Orangenhaut. Diese kosmetischen Defekte auf glänzenden Bauteilen fallen dem menschlichen Auge sehr schnell auf, sind aber für übliche Inspektionsverfahren wie Streifenprojektion oder Photogrammetrie, die auf der diffusen Reflexion basieren, kaum zu erfassen und in verwertbare Messdaten umzuwandeln. Messverfahren wie die Weißlichtinterferometrie sind aufgrund ihrer oft nicht ausreichenden Messfeldgröße selten praktikabel einsetzbar. Die manuelle Inspektion der Oberflächen dieser Teile ist hingegen mühselig, teuer und fehleranfällig.  

Formfehler sicher erfassen

Zu den typischen Mängeln von spritzgegossenen Bauteilen gehören weiterhin ungewollte Verformungen. Diese treten unter anderem dann auf, wenn fehlerhafte Temperatureinstellungen beim Werkzeug oder beim eingespritzten Kunststoff vorliegen. Formveränderungen und Dellen entstehen aber auch durch Einfallen der Oberfläche, wenn in tieferen Bereichen des Bauteils die eingespritzte Kunststoffmasse schrumpft oder zu wenig Masse eingebracht wurde. Bei optischen Komponenten, wie Head-Up-Displays, können bereits Formveränderungen im Millidioptrienbereich die Funktion der Bauteile gravierend beeinträchtigen. Im Gegensatz zu kosmetischen Defekten lassen sich diese Verformungen nicht mit bloßem Auge erkennen. Eine manuelle Inspektion ist daher ausgeschlossen.

Deflektometrie erfasst Form und Defekte in einem Messdurchgang

Als besonders zuverlässiges Messverfahren für die Anwendung bei spiegelnden oder teilspiegelnden Oberflächen gilt die phasenmessende Deflektometrie. ISRA VISION hat mit der Sensorfamilie SpecGAGE3D hier Maßstäbe gesetzt und das Verfahren perfektioniert. Für das Verfahren werden Streifenbilder auf die zu inspizierende spiegelnde Oberfläche projiziert. Das reflektierte Streifenmuster wird aus verschiedenen Perspektiven von mehreren Kameras aufgenommen und anschließend evaluiert. Anhand der Verzerrung des aufgenommenen Streifenmusters lässt sich die Topologie des Bauteils errechnen.

Die so bestimmte Topologie wird anschließend in wenigen Sekunden mit dem CAD-Modell, dem digitalen Zwilling des Bauteils, verglichen. Eine mikrometergenaue Höhen-Differenzkarte verdeutlicht die Abweichungen vom erwarteten Modell. Gleichzeitig erkennt der Sensor lokale Unebenheiten und kosmetische Defekte auf der Oberfläche.

SpecGAGE3D erfasst zeitsparend in einem Messdurchgang zuverlässig sowohl Form als auch Defekte auf hochglänzenden Spritzguss- und anderen spiegelnden oder transparenten Bauteilen. Neigungsabweichungen werden über den CAD-Vergleich bis in den Millidioptrienbereich erfasst, lokale Defekte sogar bis in den Nanometerbereich. Lackfehler, Einschlüsse, Spritzdefekte und andere Fehler werden schnell und zuverlässig erkannt, klassifiziert und dokumentiert. Die daraus gewonnenen Rückschlüsse erlauben schnelle Prozessanpassungen und damit eine optimale Produktivität. Ressourcen und Maschinenlaufzeiten werden geschont. Dank kurzer Messzeiten kann eine hohe Taktrate realisiert werden. Durch das vollflächige Messverfahren rückt das Zero-Defect-Quality Ziel in greifbare Nähe – sowohl technisch, als auch wirtschaftlich.