Glas – ein seit Jahrhunderten genutzter Werkstoff, der heute Massenprodukt ist und für die unterschiedlichsten Produkte benötigt wird. Laut dem Umweltbundesamt wurden in Deutschland im Jahr 2012 über sieben Millionen Tonnen Glas hergestellt. Altglas kann unendlich oft aufgeschmolzen und für die Herstellung neuer Glasprodukte genutzt werden. Das spart nicht nur Energie, sondern auch Rohstoffe. Jedoch können beim Schmelzen und Veredeln von Gläsern Blasen, Partikeleinschlüsse und Oberflächenfehler im Material auftreten. Diese beeinträchtigen nicht nur die Optik, die besonders bei sichtbaren Bauteilen aus Glas wie zum Beispiel Fenstern relevant ist, sondern auch die Weiterverarbeitbarkeit der Gläser. Schon ein im Glas eingeschlossenes Staubkorn kann die Qualität des Materials mindern. Mehrere kleine Fehler können die Qualität genauso beeinträchtigen wie ein großer Fehler. Dies berücksichtigt die Norm DIN ISO 10110-3 zur Prüfung transparenter Objekte. Für die Prüfung sind bislang meist viele oder bewegte Kameras erforderlich.

Mit den neuartigen Purity-Prüfsystemen, die am Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB entwickelt wurden, kann nun unter anderem geprüft werden, ob die Norm eingehalten wird ohne dass dieser Aufwand betrieben werden muss. Dabei werden für die Inspektion flacher Objekte Zeilenkameras genutzt, für die Inspektion dreidimensional ausgedehnter Objekte wie gebogene Glasscheiben oder Glasrohre kommen Laserscanner zum Einsatz. Damit sind die Systeme der Purity-Produktlinie in der Lage, nahezu jede beliebige Objektform zu prüfen.

Der bildgebende Laserscanner mit dem System Purity ermöglicht mit einer ein- oder mehrkanaligen Bildaufnahme die komplette Inspektion 3-D-ausgedehnter Glasobjekte aus einer Ansicht. Bild: Fraunhofer IOSB

»Die Purity-Systeme können innerhalb weniger Millisekunden entscheiden, ob die untersuchten Objekte der Norm entsprechen oder ob sie aussortiert werden müssen«, erklärt Projektleiter Dr. Matthias Hartrumpf aus der Abteilung Sichtprüfsysteme (SPR) am Fraunhofer IOSB. Die Prüfung und Sortierung ist bei Materialgeschwindigkeiten von bis zu drei Metern pro Sekunde möglich. Die Purity-Systeme können problemlos an jedem Förderband installiert werden. »Abhängig von den Eigenschaften ihrer Produkte können wir unseren Kunden unterschiedliche Lösungen anbieten«, sagt Hartrumpf. So ermöglichen die unterschiedlichen Purity-Systeme unter anderem eine vollständige Prüfung von Glaskugeln, die Untersuchung transparenter Granulate auf Verunreinigungen, Aufschäumungen und Fremdkörper, die Detektion von Fremdpartikeln in gepressten Linsen, die zweikanalige Prüfung von Glasröhrchen und Verbundglasscheibe, die Fehlererkennung in Solarglas sowie die Defekterkennung in Ornamentgläsern. Zusätzlich ist auch eine Spannungsmessung und -prüfung in Glasobjekten möglich.

Die Prüfung dreidimensional ausgedehnter, brechender Glasobjekte mit Hilfe von Purity basiert auf dem Prinzip der Retroreflexion. Dabei befindet sich unterhalb des zu vermessenden Objekts eine Reflexfolie, die die einfallende Strahlung einer Leuchtstoffröhre zurück in Richtung Lichtquelle reflektiert. Auf diese Weise ist der Prüfbereich viel umfangreicher als üblich. Bei der Kontrolle einer Glaskugel beispielsweise können herkömmliche Systeme in der Regel nur den mittleren Bereich der Kugel abbilden und prüfen. Mit der Purity-Technik hingegen kann eine Kugel nahezu vollständig untersucht werden. Dazu wird eine Kamera bzw. ein ein- oder mehrkanaliger Laserscanner eingesetzt, mit dem in mehreren Kanälen parallel Aufnahmen unter unterschiedlichen Aufnahmebedingungen gemacht werden. So wird das Transparenzprofil im Objekt ermittelt, das anschließend mit einem vorgegebenen Standardobjekt verglichen wird. Weist das Transparenzprofil Störungen auf, deutet das auf Abweichungen der Transmission, auf im Material eingeschlossenen Fremdkörper oder auch auf geometrische Abweichungen hin – denn nicht nur Spannungen, Kratzer, Brüche und Verunreinigungen mindern die Qualität von Glas.

Die Purity-Systeme nehmen nicht nur Bilder der Objekte auf und analysieren sie in Echtzeit. Sie sind außerdem in der Lage, die Art der Störung zu klassifizieren und zwischen unterschiedlichen Arten von Defekten wie Haaren, Fusseln, Folienfehlern und Kratzern zu unterscheiden. Nicht nur für Glas, auch zum Sortieren transparenter Kunststoffgranulate, aus denen später beispielsweise Haushaltsgeräte hergestellt werden, eignet sich die Purity-Technik. »Weil Granulate während der Verarbeitung aufgeschmolzen werden, sind hier Störungen der Geometrie oder Luftblasen kein Problem. Verunreinigungen oder Trübungen hingegen sind kritisch. Deshalb ist es wichtig, dass das System den Unterschied erkennen kann«, erläutert Hartrumpf.

Bereits seit vielen Jahren beschäftigen sich die Forscher am Fraunhofer IOSB mit automatischer Sichtprüfung. Von Sortiersystemen für Schüttgut bis hin zur Blisterinspektion, die zum Beispiel bei der Verpackung von Medikamenten eingesetzt wird, haben sie bereits mehrere automatische Sichtprüfsysteme erfolgreich entwickelt. »Die Purity-Produktlinie ist das Ergebnis mehrerer Einzelprojekte und basiert auf den Technologien des Instituts, die sich mit transparenten Materialien beschäftigen«, so Hartrumpf. (mdi)