Kugellager müssen eine extrem glatte Oberfläche haben, um eine reibungsarme Bewegung zu gewährleisten. Eine erhöhte Rauheit führt zu einem ungleichmäßigen Lauf, was den Abrieb und Materialverschleiß beschleunigten. Unebenheiten oder kleinste Kratzer führen auf der Oberfläche zu zusätzlicher Reibung. Kugellager sind zudem oft mit einer dünnen Schutzschicht oder Schmierstoffen versehen. Beschichtungsfehler oder Verunreinigungen wie z.B. kleine Staubpartikel können dazu führen, dass Schmiermittel nicht richtig haften oder verteilt werden. Auch kleinste Microrisse können im Kontaktbereich entstehen.
Messung der Lichtstreuung
Das solino Imaging Modul von Opto ist ein optischer Prüfsensor, der sich besonders für hochglanzpolierte Oberflächen wie Kugellager eignet. Er analysiert, wie Licht von der Oberfläche reflektiert wird, und kann dadurch Mikrokratzer, Rauheitsunterschiede, Beschichtungsfehler und Verunreinigungen mit hoher Präzision erkennen. Mehrere LEDs strahlen Licht unter einem bestimmten Winkel auf das Kugellager. Eine 20MP-Kamera erfasst die reflektierten Lichtstrahlen aus verschiedenen Winkeln. Mit Bildfeldern von 10×10, 25×25 oder 50x50mm gibt es eine Auswahl an Sensoren, die an die jeweilige Applikation bzgl. Auflösung und zu erkennende Fehler ausgewählt werden können. Eine perfekte Oberfläche reflektiert Licht nach einem vorhersehbaren Muster, während Defekte das Licht unregelmäßig streuen. Der solino Algorithmus vergleicht das gemessene Reflexionsprofil mit einer idealen, fehlerfreien Referenz. Um alle möglichen Fehler erfassen zu können sind die LEDs so angeordnet das sie keinen Streureflex auslassen. So werden auch sehr flach einstrahlende Lichtwinkel berücksichtigt, was in einem geringen Arbeitsabstand von 5mm resultiert. Abweichungen im Reflexionsverhalten deuten auf Defekte hin, z.B.
- Beschichtungsfehler (veränderte Reflexionsintensität)
- Rauheitsunterschiede (diffuse Reflexion)
- Verunreinigungen (unregelmäßige Lichtstreuung)
- Mikrokratzer (ungleichmäßige Streuung)
Bild 2 | Solino ist ein Plug&Play, AI-Vision Sensor in einem robusten Design. – Bild: Opto GmbH
Oberflächenunregelmäßigkeiten unter 1µm
Selbst kleinste Oberflächenunregelmäßigkeiten (<1µm) verändern das Reflexionsmuster messbar. solino erkennt Defekte, die für das menschliche Auge oder Standardkameras unsichtbar sind. Es können sogar Fehler die kleiner als die Auflösungsgrenzen sind erkannt werden, da ihr Streuimpuls als Signal auswertbar ist. Der Algorithmus hebt auch Veränderungen in der Oberflächenreflexion hervor, die auf Spannungsbrüche hinweisen können, bevor sie kritisch werden. Mit herkömmlichen visuellen Methoden ist es schwierig, zwischen normalen Polierspuren und tatsächlichen Defekten zu unterscheiden. Das System liefert ein quantitatives Reflexionsprofil, das eine klare Unterscheidung zwischen akzeptablen und defekten Lagern ermöglicht. Die Kugellager werden dabei nicht mechanisch belastet oder beschädig. Im Vergleich zu anderen gängigen zerstörungsfreien Prüfverfahren wie Laser- oder Weißlicht-Interferometrie, Wirbelstrom-, Magnetpulver oder akustische Emissionsprüfung, Schwingungsanalyse oder Thermografie ist solino vor allem bei Kugellagern mit extrem glatten Oberflächen von Vorteil.
Zur Auswertung können die Daten optimal in maschinelle Lernmodelle integriert und mit KI-gestützten Algorithmen verarbeitet werden, um Fehler automatisch zu klassifizieren und vorherzusagen. Dies ermöglicht eine schnelle und objektive Qualitätskontrolle in der Serienproduktion. solino an sich ist kein Messinstrument, es visualisiert jedoch, wiederholbar, 100 Prozent verlässlich und schnell, zudem ist es robust gegen Streulicht.
