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360°-Rundumblick

Vollautomatische Sichtprüfung von Zylinderbohrungen in Kurbelgehäusen
360°-Rundumblick

Kamerasysteme erkennen an Bauteiloberflächen die feinsten Fehlstellen innerhalb exakt definierter Qualitätsgrenzen. Diese optische Inspektion ist prüferunabhängig, wodurch sie sich in automatisierten Produktionsprozessen integrieren lässt und reproduzierbare Ergebnisse liefert.

Speziell für die Oberflächenprüfung von Bohrungen hat Hommel-Etamic einen Innenprüfsensor entwickelt, der dank eines 360°-Rundumblicks die Innenfläche der Bohrung ohne eine Eigenrotation inspiziert. Schneller und genauer ist somit die Prüfung, die deshalb zum Beispiel in der Automobilindustrie gleich in mehreren Fertigungsstufen zum Einsatz kommt. So auch bei der Qualitätskontrolle von Zylinderbohrungen in Kurbelgehäusen.

Eine fehlerfreie Oberfläche ist nicht nur wegen der Optik von Bauteilen wünschenswert, sie ist auch oft für deren Funktion ausschlaggebend. Moderne Bildverarbeitungssysteme übernehmen hierfür die Qualitätskontrolle und tragen so den gewachsenen Ansprüchen der Industrie Rechnung. Dass die optische Inspektion dabei innerhalb exakt definierter Grenzen, automatisiert, reproduzierbar und in kurzen Prüfzyklen erfolgt, ist vor allem in der Automobilindustrie essenziell. Dort führen aktuelle Trends wie leichtere Materialien zu Veränderungen in den bisherigen Fertigungsprozessen: Zusätzliche Oberflächenbearbeitungen wie Plasmabeschichtungen in Zylinderbohrungen sollen beispielsweise Aluminiummotoren vor ungewolltem Abrieb schützen. Damit sie das auch tun, muss die Oberfläche des Werkstücks sowohl vor als auch nach diesem Produktionsschritt fehlerfrei sein.
Ein Prüfsystem, das in den unterschiedlichen Bearbeitungsstadien eingesetzt werden kann, automatisiert die Bohrungen prüft und speziell an die Durchmesser der Bauteile angepasst ist, entwickelte Hommel-Etamic mit seinen Prüfmaschinen speziell für Kurbelgehäusebohrungen. Ausgestattet mit dem Innenprüfsensor IPS100, lässt es sich sowohl beim Prototypenbau als auch in der Serienfertigung einsetzen. Der große Vorteil daran: Die im Entwicklungslabor gewonnenen Ergebnisse lassen sich reproduzierbar in die Serienfertigung übertragen. Diese Möglichkeit entspricht genau dem Grundbedürfnis in der Fertigung von Kurbelgehäusen – weg von der Werker-bezogenen Sichtprüfung hin zur reproduzierbaren, automatisierten Lösung.
Neben der erforderlichen Geschwindigkeit für den Einsatz in einer vollautomatischen Fertigungslinie bringen die Sensoren auch eine hohe Erkennungsleistung mit sich, indem sie die Bohrungen auf verschiedene Merkmale bei unterschiedlichen Oberflächenbeschaffenheiten hin prüfen. Herkömmliche Systeme erfordern für matte Oberflächen andere Sensoren wie für glänzende oder spiegelnde. Der Anwender profitiert von dem Vorteil, mit dem IPS100 eine durchgängige Lösung sowohl für die einzelnen Schichten selbst als auch für die endbearbeiteten Flächen verwenden zu können, dadurch, dass er sich nicht bei jedem Schritt erneut mit Prüf- und Kameratechnik auseinandersetzen muss. Bei der Prüfmaschine von Hommel-Etamic muss er lediglich die Parameter des Sensors der jeweiligen Prüfung anpassen.
Die Prüfmaschine besteht aus dem Innenprüfsensor IPS100, einer LED-Lichtquelle zur Hellfeldbeleuchtung, der das System die Unabhängigkeit der Oberflächenbeschaffenheit verdankt, einer Bildeinzugskarte, der Linearachse mit integriertem Motorcontroller und Weggeber sowie einem Auswerterechner mit Software zur automatischen Bildauswertung. Eine Rollenbahn transportiert das Werkstück zur Prüfstation. Dort wird es, je nach Maschinentyp manuell oder automatisch, positioniert. Je nach Taktzeit tauchen nun ein oder zwei Sensoren in die Bohrungen ein, scannen beim Zurückfahren die Oberfläche und tauchen bei einem 4-Zylinder in die nächsten Bohrungen, bis alle überprüft wurden. Das Werkstück wird wieder auf der Rollenbahn abgesetzt. Der Prüfbefund, Werkstück in Ordnung oder nicht in Ordnung, wird an die Anlage geliefert, die dann je nach eingestellter Fehlerklassifizierung das Bauteil daraufhin aussortiert oder zur Nachbearbeitung weiterleitet.
Mechanisch betrachtet muss für diesen Ablauf der Sensor nur in Z-Richtung gesenkt und gehoben aber nicht gedreht werden, denn der Kern der Prüfmaschine verfügt über eine 360° Rundumblickoptik, die ein Bild der Bohrungsinnenfläche erzeugt, sobald sie in die Bohrung gesenkt wird. Um eine Beschädigung des Sensors bei einer Fehlstellung des Werkstücks zu verhindern, verfügt er über einen Auflaufschutz. Ausgeführt mit einem Mikroschalter, schaltet dieser die Achse sofort ab, falls er durch eine Relativbewegung zwischen Sensor und Tubus, also einer Kollision, betätigt wird.
Die Umfangslinien in der Bohrung werden in die Bildebene des Prüfsensors in Kreislinien abgebildet. Da ein CMOS-Bildaufnehmer dieses Bild kontinuierlich ringförmig scannt, entsteht durch die Vorwärtsbewegung des Ringsensors ein unverzerrtes vollständiges Bild der Innenfläche. Mit einer Bildaufnahme von nur ca. 7 Sekunden für einen Zylinder lassen sich innerhalb kurzer Prüfzyklen die Bohrungen auf Fehlstellen untersuchen. Bei den Bohrungen in den Kurbelgehäusen liegt das Hauptaugenmerk auf dem Auffinden von Poren, klassifiziert in Größe, Anzahl, Häufigkeit und Abstand zueinander. Andere Anomalien wie Lunker oder Kratzer lassen sich ebenfalls feststellen. Über die Software kann sogar festgelegt werden, dass der Sensor die Art des Fehlers erkennt und einen Lunker beispielsweise gleich vermisst.
Für die Prüfung von Reihen- und V-Motoren stehen drei Maschinenvarianten zur Verfügung: Eine zur manuellen Beladung für die Anwendung im Labor, eine automatisierte Version mit Zu- und Abführung der Bauteile über Fördersysteme und eine mit einem Roboter ausgestattete Variante für die größtmögliche Flexibilität. Die Anzahl der eingesetzten Sensoren hängt von der erforderlichen Taktzeit ab. Ein Sensor erreicht bei der Prüfung eines Reihenmotors eine Taktzeit von 55 Sekunden. Diese reduziert sich auf 35 Sekunden, wenn sich zwei Sensoren auf der Horizontalachse befinden oder wie bei der Prüfung eines V-Motors jeweils auf der linken und rechten Seite. Die Prüfzeit an sich beträgt allerdings nur 25 Sekunden. Die restlichen zehn benötigt der Werkstückwechsel.
Diese Taktfrequenz ist notwendig, um die Oberflächen der Bohrungen überhaupt automatisiert prüfen zu können. Die Sensoren prüfen deshalb so schnell, und auch schneller als alternative Systeme, weil sie den kompletten Umfang abbilden, ohne dass Werkstück oder Sensor rotieren müssen. Das bedeutet auch, dass die Prüfeinheit mit weniger mechanischen Komponenten auskommt. Funktionsgleich mit seinem Vorgängermodell IPS 10, unterscheidet sich der IPS100 zum einen durch den Auflaufschutz, der nun Standard und nicht mehr nur Option ist. Zum anderen wurde der IPS100 speziell für die Bohrungsdurchmesser in dieser Anwendung konzipiert. Ohne Durchmesser-Anpassung prüft er Bohrungen zwischen 75 und 110 mm.
Fazit: Ob durch Handbeladung von Prototypen oder automatische Zuführung bei Serienfertigung – die Prüfmaschine ist beim Handling genauso flexibel wie bei der Prüfung unterschiedlicher Oberflächen. Von matt bis spiegelnd-gehont und für alle Aufbereitungs- und Bearbeitungszustände ist ein und der selbe Sensor ausreichend. So können nicht nur bei Neuentwicklungen Fertigungsrisiken minimiert werden.
JENOPTIK Industrielle Messtechnik HOMMEL-ETAMIC, VS-Schwenningen www.hommel-etamic.com
Kombination aus Geschwindigkeit und Erkennungsleistung
Umfangsabbildung ohne Rotation
Drei Varianten für höchste Effizienz
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