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High-Tech trifft Tradition

Bessere Ski durch 3D-Bildverarbeitung

Norwegens Tradition im Langlaufsport ist ein Stück nordischer Kultur und weltbekannt. Die Traditionsfirma Madshus benötigte für die Herstellung ihrer berühmten Langlaufskier ein System zur Inspektion der Lauffläche, dem Herzstück eines Skis – und wurde bei Scorpion Vision fündig.

Langlaufskier von Madshus zeichnen sich seit mehr als 100 Jahren durch große Liebe zum Detail aus. Der Vorsatz, stets Materialien höchster Qualität einzusetzen, um vollendete Skier zu produzieren, hat sich seit den Anfängen im Jahre 1906 nie geändert. Bei der Herstellung der Skier konzentrierte man sich von Anfang an auf den Kernwerkstoff – das Holz. Die Madshus Ski-Macher suchten sich ihr Holz sehr sorgfältig aus, bevor sie es schlugen. Gekennzeichnet mit einem „M“, das man mit der Rückseite der Madshus-Axt in die Bäume schlug, wurden diese zum Ausgangsstoff für die populären Wintersportgeräte.

Die Fertigungseinrichtungen von Madshus liegen seit 1972 in Biri bei Lillehammer. Die Werkstoffe mögen sich seit den Anfängen gewandelt haben, doch das Grundprinzip ist stets dasselbe geblieben: Madshus benutzt die am besten spezifizierten und stabilsten Materialien und strebt eine optimale Überwachung des Produktionsprozesses für ein perfektes Endprodukt an. Für die Qualitätskontrolle verlässt man sich nach wie vor auf das „scharfe Auge” des gelernten Handwerkers und produziert jeden Ski, Schuh und Skistock, ob für Weltklasseathleten oder Freizeitsportler, gemäß den gleichen hohen Leistungsstandards.

Systemaufbau zur 3D-Prüfung der Lauffläche

Der Polytec-Partner Tordivel AS wurde von Madshus zum 3D-Vision-Partner ausgewählt. Das System zur Qualitätsprüfung der geschliffenen Lauffläche der Langlaufskier besteht aus der Scorpion Vision Software, einem Industrie-PC mit einem Drei-Linien-Laser (Bild 1). Die 3D-Kamera wurde sowohl für 3D-Stereo-Vision-Anwendungen als auch für 3D-Lasertriangulationsverfahren entwickelt.

Das System wurde zunächst mit einer zweistufigen Kalibrierroutine auf Sub-Pixel-Auflösung einjustiert. Dabei wird die Verzeichnung des Objektivs über ein präzises Punktraster korrigiert und im zweiten Schritt mit Hilfe eines „Sägezahn”-3D-Kalibrierobjekts kalibriert. In diesem Fall wurden alle drei Linien in einem einzigen 3D-Koordinatensystem erfasst, da alle gleichzeitig auf das Kalibrierobjekt projiziert werden.

Die Laser-Kamera-Einheit ist unterhalb des Transportsystems installiert und inspiziert die Lauffläche bei einer Durchlaufgeschwindigkeit von 250 Millimetern pro Sekunde (Bild 2). Mehr als 500 Messwerte werden über die Länge eines Skis erfasst. Das System erkennt automatisch, wenn ein neuer Ski die Messstelle erreicht und wieder verlässt.

Die 100%-Prüfung erfolgt im normalen Produktionstakt. Dabei wird die Lauffläche der Skier im Durchlauf kontinuierlich mit dem Scorpion 3D Stinger-Messkopf erfasst. Verschiedene Typen von Laufflächen lassen sich automatisch vom System verarbeiten. Die Sub-Pixel-Auflösung beträgt 10 Mikrometer, somit erkennt das System auch kleinste Schleiffehler auf der Lauffläche. Wesentlich für den Erfolg des Systems ist die Eigenschaft, die Außenkanten des Skis bei jeder einzelnen der 500 Messungen mit Sub-Pixel-Auflösung zu erfassen.

Der Schlüssel hierfür ist das „Edge-Finder-Tool”, welches aus den Außenkanten die Mittellinie der Lauffläche errechnet. Diese wiederum bildet die Referenzlinie für die Messorte, auf denen die drei Laserlinien quer zur Laufrichtung messen und deren Werte zur Erstellung eines dynamischen 3D-Modells der Lauffläche herangezogen werden. Da Fehler meist über die gesamte Breite des Skis auftreten, werden die Einzelmesswerte über die Breite gemittelt, toleriert und dargestellt.

Inspektionsprogramm für Skilaufflächen

In Kombination mit der 3D-Stinger-Kamera hat Tordivel eine 3D-Applikation für die Inspektion der Lauffläche entwickelt. Die Qualität der Lauffläche ist von außerordentlicher Bedeutung für Madshus und den Langlaufski. Im Screenshot (Bild 3) sind die folgenden Elemente zu sehen:

 

  • Bild des Prüflings mit ermittelten Rändern des Skis und Mittellinie der Lauffläche, welche wiederum die Referenzlinie für die Messorte auf den drei Laserlinien quer zur Laufrichtung bildet.
    • Auf den Laserlinien sind rote Markierungen sichtbar, welche die Profilpunkte im Schwerpunkt der Laser­linie darstellen.
    • Das kalibrierte xyz-Koordinaten­system projiziert in das 2D-Bild.
  • Die Statusanzeige, die den aktuellen Betriebszustand anzeigt (hier: „Collecting Data“).
  • Eine einfache Statistikanzeige über Gut/Schlecht-Ergebnisse, die durch den Anwender rücksetzbar ist.
  • Die Messwerte (gemittelte Z-Koordinate) aufgetragen gegen die Länge. Die gezeigte Lauffläche ist in Ordnung, da keiner der Messwerte außerhalb der Toleranzgrenze (rote Linien) liegt.

Blick in die Zukunft

Um im globalen Markt für Langlaufski wettbewerbsfähig zu bleiben, setzt Madshus auf die Erkenntnis, dass zur weiteren Automatisierung des Produktionsprozesses die bestmögliche Messtechnik notwendig ist. Mit einem hohen Qualitätsanspruch sollen Madshus-Skier auch weiterhin zu vielen Siegen bei Weltmeisterschaften und Olympischen Spielen beitragen.

Bildnachweise: Soweit nachfolgend nicht anders aufgeführt bei Tordivel AS. Titelbild: canadastock/shutterstock.com