Defektprüfung an Spritzgussteilen: Einfallstellen, Grat, Schlieren und Risse sicher erkennen

Ein Spritzgussteil fällt aus dem Werkzeug, sieht auf den ersten Blick gut aus und trägt trotzdem einen Fehler, der beim Kunden zur Reklamation führt. Genau dieses Muster steht am Anfang der meisten Prüfprojekte im Spritzguss. Die Aufgabe klingt einfach, sie lautet nur, gute von schlechten Teilen zu trennen. In der Praxis hängt der Erfolg jedoch daran, welche Fehlerart überhaupt gesucht wird und mit welchem Sensorprinzip sie sich zuverlässig darstellen lässt. Dieser Beitrag ordnet die typischen Spritzgussfehler ihren Prüfverfahren zu und zeigt, wie Sie Varianten, Farben und Handling in den Griff bekommen, bevor Sie eine Anlage auslegen.

Wichtige Punkte im Überblick

Die Spritzgussfehler ordnen sich nach ihrer physikalischen Natur: kontrastbasierte Fehler wie Schlieren und Kratzer, höhen- und tiefenbasierte wie Einfallstellen, Grat und Risse sowie Form- und Vollständigkeitsfehler wie Über- und Unterspritzung.
Der Auslöser ist meist eine Reklamation, ein Fachkräftemangel oder eine verschärfte Spezifikation, die aus der Stichprobe eine 100%-Kontrolle macht, weshalb Fehlerkatalog, kleinste Fehlergröße und Grenzmuster vor der Sensorwahl feststehen müssen.
Die Technik richtet sich nach dem Fehler: eine Flächenkamera mit Form-Bild für kontrastbasierte Fehler, ein 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 für höhen- und tiefenbasierte und eine AI-Klassifizierung für stark variierende Teile.
Viele Varianten und Farben auf einer Anlage werden über eine Programmumschaltung mit eigenem Prüfprogramm je Variante beherrscht, bei stark schwankendem Erscheinungsbild ergänzt durch eine AI-Klassifizierung mit ausgewogener Beispielsammlung.
Über die Serientauglichkeit entscheidet oft das Handling: Dorn, Drehteller oder eine Zwei-Seiten-Aufnahme führen das Teil so vor den Sensor, dass keine Totzonen bleiben.

Typische Fehlerbilder aus dem Spritzguss: Über- und Unterspritzung, Einfallstellen, Grat, Schlieren, Risse

Die Fehler im Spritzguss lassen sich nach ihrer physikalischen Natur ordnen, und diese Ordnung entscheidet später über die Sensorwahl. Kontrastbasierte Fehler zeigen sich als Helligkeits- oder Farbunterschied auf der Oberfläche. Dazu gehören Schlieren als sichtbare Fließspuren, Bindenähte, Verunreinigungen, Farbfehler und feine Kratzer. Höhen- oder tiefenbasierte Fehler dagegen sind über die Geometrie definiert und im reinen Grauwertbild oft kaum zu fassen. Einfallstellen als muldenförmige Vertiefungen, Grat und Formtrenngrat als überstehendes Material, Risse, Ausbrüche und Materialaufwürfe fallen in diese Gruppe.

Eine dritte Gruppe betrifft die Vollständigkeit und die Form. Über- und Unterspritzung, fehlende oder unvollständige Haken und Clips, Poren und Lunker im Materialvolumen. Über- und Unterspritzung verändern die Kontur, während Poren und Lunker je nach Lage an der Oberfläche oder im Inneren liegen. In der Anwendungspraxis reicht die kleinste geforderte Fehlergröße von etwa 2 mm bis hinunter zu Zehntelmillimetern, bei Partikeln und feinen Rissen teils bis in den Bereich von 0,05 mm. Wer diese Fehlerarten zu Beginn sauber katalogisiert und je Fehler die kleinste relevante Größe festlegt, hat die halbe Auslegung bereits erledigt.

Vom Reklamationsdruck zur 100%-Prüfung: warum die Spezifikation oft nachträglich verschärft wird

Der häufigste Auslöser für ein Prüfprojekt im Spritzguss ist eine Reklamation. Ein Fehler ist beim Kunden aufgefallen, intern jedoch durch die Stichprobe gerutscht, und die Reaktion lautet fast immer 100%-Kontrolle statt Stichprobe. Der zweite Auslöser ist der Fachkräftemangel, weil sich eine manuelle Sichtprüfung über mehrere Schichten kaum noch besetzen lässt und die Beurteilung von Person zu Person schwankt. Der dritte Auslöser ist eine nachträglich verschärfte Spezifikation, etwa wenn eine zulässige Fehlergröße kleiner wird oder ein Endkunde eine lückenlose Dokumentation verlangt.

Diese Auslöser haben eine Folge, die in der Auslegung oft unterschätzt wird. Die Prüfaufgabe wird nachgeschärft, während das Werkzeug und der Prozess schon laufen. Das Prüfsystem muss deshalb mit den real anfallenden Teilen und ihren zulässigen Schwankungen zurechtkommen, nicht mit einem idealisierten Musterteil. Aus diesem Grund gehören vor jeder Sensorwahl drei Punkte auf Papier: ein Fehlerkatalog mit allen zu erkennenden Fehlerarten, die kleinste relevante Fehlergröße je Art und physische Grenzmuster, die die Linie zwischen gut und schlecht markieren. Ohne diese Grenzmuster bleibt jede Diskussion über Erkennungsrate und Pseudoausschuss beliebig.

Flächenkamera, AI-Klassifizierung oder 3D-Profilsensor je nach Fehler

Die Leitfrage bei der Technikwahl lautet nicht, welches System das modernste ist, sondern welches den konkreten Fehler zuverlässig darstellt. Für kontrastbasierte, kosmetische Fehler auf einem abgegrenzten Bildfeld eignet sich eine Flächenkamera der Modellreihe VS-G. Bei glänzenden, dunklen oder gewölbten Teilen liefert das Verfahren LumiTrax auf der Modellreihe VS-G ein Form-Bild, das nur die Topografie zeigt und Farbe wie Bedruckung ausblendet. So wird ein Kratzer unabhängig von der Oberflächenfarbe sichtbar.

Für höhen- und tiefenrelevante Fehler wechselt man die Domäne. Einfallstellen, Ausbrüche, Risse und Materialaufwürfe sind über die Höhe definiert, und hier scheitert die 2D-Kamera regelmäßig an Reflexion und Schattierung. Ein 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 tastet die Kontur scannend ab, auch mit Rotation oder von zwei Seiten, während die Modellreihe LJ-S8000 die Höheninformation als Snapshot in einem Zug aufnimmt, ganz ohne Bewegung des Bauteils. In dokumentierten Anwendungen liegen die erreichbaren Toleranzen im Bereich von Zehntelmillimetern bis hinunter zu etwa 0,015 mm, während sich das Messfeld nach dem gewählten Messkopf richtet.

Wenn Teile stark variieren, in Form, Farbe oder Struktur, lösen regelbasierte Werkzeuge zu oft aus. Eine AI-Fehlerklassifizierung, wie sie die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS bietet, ordnet auch bei schwankendem Erscheinungsbild echte Fehler und zulässige Abweichungen zuverlässig zu. Für einfache Anwesenheits- oder Defektprüfungen mit knappem Budget genügt oft der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4. In der Praxis wirken die Verfahren häufig zusammen, etwa ein Form-Bild aus mehreren Beleuchtungsrichtungen, auf dem eine AI-Klassifizierung zwischen echtem Riss und zulässiger Struktur unterscheidet. Die Modellreihe VS vereint beide Schritte in einem Gerät.

Varianten und Farben beherrschen: Programmumschaltung und AI auf variierenden Teilen

Im Spritzguss laufen häufig viele High-Runner-Varianten und mehrere Farben über dieselbe Anlage. Für das Prüfsystem heißt das, es muss zwischen Prüfprogrammen umschalten, ohne dass jedes Mal eine aufwendige Neuprogrammierung nötig wird. Die saubere Lösung ist eine Programmumschaltung, bei der jede Variante ein hinterlegtes Prüfprogramm mit eigenen Toleranzen und Prüfregionen erhält und der Wechsel über einen Code, ein Signal der SPS oder eine Auftragsvorgabe ausgelöst wird.

Bei stark variierenden Teilen stößt eine rein regelbasierte Prüfung an Grenzen, weil zulässige Serienschwankungen und echte Fehler im Grauwert nah beieinanderliegen. Hier spielt die AI-Klassifizierung ihre Stärke aus. Sie lernt anhand von Beispielbildern, welche Erscheinungen zulässig sind und welche nicht, und bleibt auch dann stabil, wenn Farbe, Oberflächenstruktur oder Kontur schwanken. Wichtig ist eine ausgewogene Sammlung von Beispielteilen. Nur wenn Gutteile in ihrer ganzen Bandbreite und Fehlerteile in allen relevanten Ausprägungen vorliegen, erreicht die Klassifizierung eine niedrige Pseudoausschussrate bei gleichzeitig geringem Schlupf.

Handling und Rundumprüfung: Dorn, Drehteller und Zwei-Seiten-Aufnahme gegen Totzonen

Über die Serientauglichkeit entscheidet oft nicht der Sensor, sondern die Art, wie das Teil vor ihn gebracht wird. Viele Spritzgussteile müssen von mehreren Seiten geprüft werden, und eine einzelne feste Kamera lässt zwangsläufig Totzonen. Für die Rundumprüfung haben sich mehrere Ansätze bewährt: ein Dorn oder eine Spannaufnahme, die das Teil definiert hält, ein Drehteller oder Rundtakter, der es an mehreren Prüfstationen vorbeiführt, und die Aufnahme von zwei Seiten mit gedrehtem oder gespiegeltem Strahlengang.

Bei 3D-Profilsensoren gehört die Bewegung zum Messprinzip. Ein scannender Kopf erfasst die Kontur, während das Teil oder der Kopf sich bewegt, und mit Rotation oder mehreren Köpfen lässt sich der volle Umfang abdecken. In dokumentierten Anwendungen werden für vollständige Prüfungen an einem Teil bewusst mehrere Messköpfe oder eine Drehung vorgesehen, um jeden Bereich einmal frontal zu sehen. Die Taktzeit ergibt sich dann aus Handling und Aufnahme zusammen und reicht je nach Anwendung von deutlich unter einer Sekunde bis zu einigen Sekunden pro Teil. Wer das Handling erst nach der Sensorwahl betrachtet, riskiert, dass ein technisch mögliches Prüfkonzept am Takt oder am Bauraum scheitert.

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

Kaum ein Spritzguss-Prüfprojekt sollte ohne Machbarkeitsnachweis beauftragt werden, weil sich Erkennungsrate und Pseudoausschuss erst am echten Teil zeigen. In eine belastbare Machbarkeitsprüfung gehören reale Testmuster in allen Varianten und Farben, im tatsächlichen Zustand direkt aus dem Prozess, sowie definierte Grenzmuster für gut und schlecht. Erst auf dieser Basis lassen sich Erkennungsrate, Pseudoausschuss und Taktzeit unter realen Bedingungen nachweisen.

Zur Auslegung gehören außerdem die Eckdaten der Anlage. Bildfeld und Arbeitsabstand müssen zum Bauraum passen, die Aufnahme- und Auswertezeit zum Takt, und die Anbindung an die SPS erfolgt meist über Profinet, EtherCAT oder EtherNet/IP. Sinnvoll ist es, Ausschuss, Pseudoausschuss und Schlupf getrennt zu erfassen und je Bauteil ein Prüfbild zu speichern, verknüpft mit Seriennummer oder Code. Das schafft die Rückverfolgbarkeit, die Audits und Kundenvereinbarungen zunehmend verlangen, und erlaubt es, die Anlage über die Zeit gezielt nachzujustieren. Wer diese Punkte vor der Bestellung festlegt und mit Original-Testmustern absichert, verschiebt das Risiko nicht in die Inbetriebnahme.

Häufige Fragen

F Welche Spritzgussfehler lassen sich mit einer Kamera erkennen und welche nicht?

Kontrastbasierte Fehler wie Schlieren, Bindenähte, Verunreinigungen, Farbfehler und feine Kratzer lassen sich gut mit einer Flächenkamera erkennen, besonders wenn ein Form-Bild aus mehreren Beleuchtungsrichtungen den Störeinfluss von Farbe und Glanz ausblendet. Höhen- oder tiefenrelevante Fehler wie Einfallstellen, Ausbrüche und Risse sind im reinen Grauwertbild dagegen oft nicht sicher zu fassen. Für diese Fehler ist ein 3D-Profilsensor die zuverlässigere Wahl.

F Wie erkenne ich Einfallstellen zuverlässig?

Einfallstellen sind muldenförmige Vertiefungen und damit über die Geometrie definiert, nicht über den Grauwert. Eine 2D-Kamera stößt hier an Grenzen, weil Reflexion und Schattierung eine echte Mulde von einem bloßen Helligkeitseffekt kaum trennen. Ein 3D-Profilsensor misst die Höhe direkt und liefert deshalb ein stabiles Merkmal. In der Anwendungspraxis werden Einfallstellen so auch auf glänzenden und dunklen Teilen sicher erkannt, wo eine Kamera nur Falschausschuss produziert.

F Wie prüfe ich mehrere Varianten und Farben auf einer Anlage?

Über eine Programmumschaltung, bei der jede Variante ein eigenes Prüfprogramm mit passenden Toleranzen erhält und der Wechsel über Code, SPS-Signal oder Auftragsvorgabe ausgelöst wird. Sind die Teile stark variabel, lohnt sich eine AI-Fehlerklassifizierung, die zulässige Serienschwankungen und echte Fehler anhand von Beispielbildern trennt. Voraussetzung ist eine ausgewogene Sammlung von Gut- und Fehlerteilen in allen relevanten Ausprägungen.

F Warum entsteht Pseudoausschuss und wie senke ich ihn?

Pseudoausschuss entsteht, wenn ein System Gutteile aussortiert, weil Reflexionen, Bedruckung oder Serienschwankungen im Bild wie Fehler aussehen. Der wichtigste Hebel ist nicht die Kameraauflösung, sondern die Beleuchtung, etwa ein Form-Bild, das nur die Topografie zeigt. Ergänzend trennen 3D-Höhendaten und eine AI-Klassifizierung echte Fehler von zulässigen Abweichungen. Physische Grenzmuster sind dabei die Grundlage, um Pseudoausschuss überhaupt objektiv bewerten zu können.

F Was gehört in einen Machbarkeitstest für die Spritzgussprüfung?

Reale Testmuster in allen Varianten und Farben im tatsächlichen Zustand aus dem Prozess, definierte Grenzmuster für gut und schlecht sowie die Eckdaten des Projekts: kleinste Fehlergröße je Fehlerart, 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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