Defektprüfung an Spritzguss- und Druckgussteilen: Einfallstellen, Poren und Grat sicher erkennen

Spritzguss- und Druckgussteile sind die häufigste Teilefamilie, wenn im Maschinenbau eine automatische Oberflächenprüfung ins Haus steht. Kappen, Deckel, Buchsen, Gehäuse und Flansche laufen oft als High-Runner in mehreren Varianten und Farben über dieselbe Anlage, und genau dort summieren sich die Fehler, die kein Werker über drei Schichten hinweg zuverlässig findet. Dieser Beitrag ordnet die typischen Gussfehler nach Fehlerbild, zeigt für jeden das passende Sensorprinzip und benennt die Punkte, an denen Projekte in der Praxis kippen: Handling, Variantenvielfalt und Integration.

Wichtige Punkte im Überblick

  • Spritzguss- und Druckgussteile sind die häufigste Teilefamilie der automatischen Oberflächenprüfung, oft als High-Runner in vielen Varianten und Farben, mit typischen Fehlern wie Einfallstellen, Poren, Lunkern und Grat.
  • Auslöser ist meist eine Reklamation, aus der eine 100-Prozent-Prüfung statt Stichprobe wird, häufig verbunden mit einer nachträglich halbierten Porengrenze, in dokumentierten Projekten etwa von 0,8 auf 0,4 mm.
  • Die Technik richtet sich nach dem Defekt: Flächenkamera für kontrastbasierte Fehler, LumiTrax für glänzende und gewölbte Oberflächen und 3D-Profilsensor für höhenrelevante Fehler wie Einfallstellen und Grat.
  • Damit keine Totzonen bleiben, prüfen Dorn, Drehteller oder Mehrkopf-Anordnung das Teil rundum, weshalb der Abdeckungsplan vor die Systemauslegung gehört.
  • Viele Varianten und Farben beherrscht die Anlage über eine Programmumschaltung, und bei stark schwankendem Erscheinungsbild übernimmt die AI-Klassifizierung, wie sie die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS bietet.

Typische Fehlerbilder aus dem Spritz- und Druckguss

Der erste Schritt ist immer die Frage, welche Fehler überhaupt gefunden werden sollen. Im Spritz- und Druckguss treten die folgenden Fehlerbilder besonders häufig auf, und sie verhalten sich im Kamerabild sehr unterschiedlich:

  • Einfallstellen: flache Vertiefungen, die durch Schwindung an dickwandigen Bereichen entstehen. Sie sind über die Höhe definiert, nicht über den Grauwert, und auf glänzenden Oberflächen kaum als Kontrast zu sehen.
  • Poren und Lunker: kleine Löcher und Hohlräume, oberflächlich oder angeschnitten. Die zulässige Größe liegt oft im Bereich weniger Zehntelmillimeter und wird häufig nachträglich verschärft.
  • Grat: überstehendes Material an Trennebenen und Angüssen, beim Druckguss zusätzlich der Abstechgrat am Anschnitt. Grat ragt aus der Kontur und lässt sich sowohl als Kanten- wie als Höhenmerkmal fassen.
  • Unterspritzung und Überspritzung: fehlendes oder überschüssiges Material, wenn die Kavität nicht sauber gefüllt wird.
  • Fehlstellen, Verunreinigungen und Verfärbungen: eingeschlossene Partikel, Angussreste, Brennstellen und Farbabweichungen, die vom eigentlichen Fehler getrennt werden müssen.

Die kleinste relevante Fehlergröße reicht in dokumentierten Projekten von etwa 2,5 mm bis hinunter zu rund 0,4 mm, bei tiefenrelevanten Merkmalen auch in den Bereich einzelner Zehntelmillimeter. Diese Zahl gehört an den Anfang jeder Auslegung, denn sie bestimmt Auflösung, Bildfeld und Beleuchtung gleichermaßen.

Vom Reklamationsdruck zur 100%-Prüfung

Der Auslöser für ein Prüfprojekt ist selten der Wunsch nach mehr Technik. Meist steht am Anfang eine Reklamation: Ein Teil mit Pore oder Einfallstelle ist beim Kunden aufgefallen, intern aber durchgerutscht. Die Antwort darauf lautet fast immer 100%-Prüfung statt Stichprobe, oft verbunden mit einer nachträglich verschärften Spezifikation. Ein wiederkehrendes Muster ist die halbierte Porengrenze, etwa von 0,8 auf 0,4 mm. Was die bisherige Sichtprüfung gerade noch abgedeckt hat, ist damit nicht mehr haltbar.

Aus dieser Ausgangslage folgt eine unbequeme Aufgabe, die viele Anfragen zu Beginn überspringen: die saubere Definition von gut und schlecht. Ohne einen Fehlerkatalog und physische Grenzmuster bleibt jede spätere Diskussion über Erkennungsrate und Pseudoausschuss beliebig. Der Katalog beschreibt jede Fehlerart mit Mindestgröße und Lage, die Grenzmuster zeigen den Grenzfall am realen Teil. Erst auf dieser Grundlage lässt sich ein Prüfsystem sinnvoll auslegen und später abnehmen.

2D-Kamera, LumiTrax oder 3D-Profilsensor je nach Defekt

Nicht jeder Gussfehler verlangt dieselbe Technik. Entscheidend ist, ob sich der Fehler im Grauwert zeigt oder in der Geometrie steckt:

  • Flächenkamera für kontrastbasierte Fehler: Verunreinigungen, Verfärbungen und größere Fehlstellen zeichnen sich als Grauwertunterschied ab. Die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G deckt mit Flächenkameras bis 64 Megapixel auch große Prüffelder mit ausreichender Auflösung ab, in dokumentierten Projekten von rund 10 x 10 mm bis in den Bereich mehrerer hundert Millimeter.
  • LumiTrax für glänzende und gewölbte Oberflächen: Auf hochglänzenden Kappen oder verchromten Teilen produziert eine feste Beleuchtung mehr Reflexe als Aussagen. LumiTrax auf der Modellreihe VS-G errechnet aus mehreren Aufnahmen unter wechselndem Licht ein Formbild, das nur die Topografie zeigt und Farbe wie Bedruckung ausblendet. Kratzer und flache Einfallstellen werden so unabhängig von der Oberflächenfarbe sichtbar.
  • 3D-Profilsensor für höhenrelevante Fehler: Einfallstellen, Grat und Materialaufwürfe sind über Höhe oder Tiefe definiert. Hier liefert die Modellreihe LJ-X8000 scannend ein Höhenprofil, die Modellreihe LJ-S8000 nimmt als Snapshot-Sensor die Höheninformation in einem Zug auf. Die 3D-Auswertung trennt einen echten Grat zuverlässig von einem harmlosen Glanzpunkt.

Für einfache Anwesenheits- oder Defektprüfungen mit knappem Budget kann der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 genügen. Zur Analyse zweifelhafter Fehler und zur Qualifizierung von Grenzmustern im Labor liefern das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX-X1 und das 3D-Profilometer der Modellreihe VR-6000 dokumentationsfähige Bilder und Tiefenmessungen, bevor das Inline-Konzept festgezurrt wird.

Handling und Rundumprüfung: Dorn, Drehteller und Mehrkopf gegen Totzonen

An Gussteilen sitzt der Fehler oft nicht dort, wo die Kamera zuerst hinsieht. Zylindrische Kappen, Buchsen und Flansche müssen am gesamten Umfang und an den Stirnseiten geprüft werden, sonst bleiben Totzonen, in denen genau die reklamierte Pore verschwindet. Das Handling ist deshalb kein Nebenschauplatz, sondern häufig der aufwendigste Teil des Projekts, und in vielen Anfragen ist es zu Beginn noch nicht vorhanden.

Für die vollständige Abdeckung haben sich mehrere Ansätze bewährt. Ein Dorn oder eine definierte Aufnahme fixiert das Teil reproduzierbar. Ein Drehteller oder Rundtakter dreht das Teil an einer festen Kamera vorbei, sodass der volle Umfang in mehreren Aufnahmen erfasst wird. Eine Mehrkopf-Anordnung mit mehreren Kameras oder Sensoren prüft mehrere Ansichten gleichzeitig und spart Taktzeit. Welcher Weg passt, hängt von Geometrie, Stückzahl und verfügbarem Bauraum ab. Der Abdeckungsplan gehört vor die Systemauslegung: Erst wenn feststeht, welche Fläche wie erreicht wird, lässt sich die Zahl der Aufnahmen und damit die Taktzeit belastbar abschätzen.

Varianten und Farben beherrschen: Programmumschaltung und AI-Klassifizierung

Gussanlagen fahren selten nur ein Teil. Häufig laufen Dutzende Varianten in unterschiedlichen Farben über dieselbe Prüfstelle, und die Anlage muss ohne langes Umrüsten zwischen ihnen wechseln. Zwei Werkzeuge helfen dabei.

Die Programmumschaltung hält für jede Variante ein hinterlegtes Prüfprogramm bereit, das per Signal aus der Anlage oder per Codelesung automatisch aufgerufen wird. So bleibt die Rüstzeit beim Produktwechsel gering. Wo die Teile jedoch so stark variieren, dass regelbasierte Werkzeuge ständig auslösen, stößt dieser Ansatz an seine Grenze. Dann trennt die AI-Klassifizierung, wie sie die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS bietet, echte Fehler von zulässigen Abweichungen auch bei schwankendem Erscheinungsbild. Das ist besonders bei farbigen und texturierten Kunststoffteilen wertvoll, bei denen ein fester Schwellwert entweder Fehler übersieht oder gute Teile aussortiert.

Integration und Machbarkeit: Taktzeit, Schnittstelle und Test mit Original-Testmustern

Ein Prüfsystem, das am Muster funktioniert, ist noch keine Serienlösung. Über die Serientauglichkeit entscheidet die Einbindung in Maschine und Anlage. Die Taktzeit gibt den Rahmen vor: In dokumentierten Projekten liegen die Zyklen für Gussteile meist zwischen 1 und 6 Sekunden, wobei Bildaufnahme und Auswertung teilweise parallel zum Teiletransport laufen. Der Bauraum begrenzt Sensor, Beleuchtung und Arbeitsabstand, gerade bei Nachrüstungen ist der Platz knapp. Die Anbindung an die Steuerung erfolgt über Profinet, EtherCAT, EtherNet/IP oder digitale I/Os, und bei Bestandsanlagen ist frühzeitig zu klären, ob der Feldbus noch eine freie Schnittstelle hat.

Der verlässlichste Schritt bleibt der Machbarkeitstest mit Original-Testmustern. Getestet wird mit echten Teilen aller Varianten und im realen Zustand, also mit Trennmittel, Angussresten und Farbschwankungen. Erst dieser Test zeigt, ob die geforderte kleinste Fehlergröße unter realen Bedingungen erkannt wird und wie hoch der Pseudoausschuss ausfällt. Das Ergebnis wird dokumentiert und fließt direkt ins Lastenheft. Damit wird aus einer Technologievermutung eine belastbare Spezifikation, und die spätere Abnahme der Anlage verliert ihren Verhandlungscharakter.

Häufige Fragen

F Welcher Sensor erkennt Einfallstellen am zuverlässigsten?

A

Einfallstellen sind über die Höhe definiert und auf glänzenden Oberflächen kaum als Grauwertkontrast zu sehen. Am zuverlässigsten arbeitet deshalb ein Laser-Profilsensor wie die Modellreihe LJ-X8000 oder LJ-S8000, der die flache Vertiefung als Höhenmerkmal erfasst. Alternativ kann LumiTrax auf der Modellreihe VS-G ein Formbild erzeugen, das die Topografie unabhängig von Farbe und Bedruckung zeigt.

F Wie kleine Poren lassen sich automatisch prüfen?

A

In dokumentierten Projekten reicht die geforderte kleinste Fehlergröße bis in den Bereich von rund 0,4 mm, teils darunter. Ausschlaggebend sind das Verhältnis von Bildfeld zu Kameraauflösung und die Beleuchtung. Eine hochauflösende Kamera der Modellreihe VS-G in Verbindung mit passender Beleuchtung deckt kleine Poren ab, sofern das Bildfeld nicht unnötig groß gewählt wird. Die konkrete Grenze bestätigt ein Test mit Originalteilen.

F Muss jedes Gussteil rundum geprüft werden?

A

Bei zylindrischen und rotationssymmetrischen Teilen meist ja, weil sonst Bereiche der Oberfläche unsichtbar bleiben und genau dort Fehler durchrutschen. Realisiert wird die Rundumprüfung über einen Drehteller oder eine Mehrkopf-Anordnung, damit keine Totzonen entstehen. Der Abdeckungsplan sollte vor der Systemauslegung feststehen, weil er Anzahl der Aufnahmen und Taktzeit bestimmt.

F Wie geht die Prüfung mit vielen Varianten und Farben um?

A

Über eine Programmumschaltung, die für jede Variante ein hinterlegtes Prüfprogramm automatisch aufruft. Variieren die Teile zu stark für feste Regeln, übernimmt die AI-Klassifizierung, wie sie die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS bietet. Sie ordnet echte Fehler und zulässige Abweichungen auch bei schwankender Farbe und Textur zuverlässig zu.

F Was gehört in eine Machbarkeitsprüfung für Gussteile?

A

Reale Testmuster aller Varianten im Originalzustand, definierte Grenzmuster für gut und schlecht sowie die Eckdaten des Projekts: kleinste Fehlergröße, Taktzeit, Bauraum und Schnittstelle. Auf dieser Basis lassen sich Erkennungsrate, Pseudoausschuss und Taktzeit unter realen Bedingungen nachweisen, bevor die Anlage ausgelegt und bestellt wird.

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