Die Oberflächenprüfung gewinnt vor dem Hintergrund der Null-Fehler-Forderung zunehmend an Bedeutung. Speziell die Automobilindustrie steigert ihre Ansprüche an die Qualitätsfähigkeit ihrer Zulieferer kontinuierlich. Dabei ist die visuelle Endprüfung durch Personal in vielen Produktionsprozessen oft der einzige Schritt, der noch manuell durchgeführt wird. Die unterschiedliche Auslegung von Prüfvorschriften und subjektive Einflüsse erfordern zunehmend eine Automatisierung dieser Prüfprozesse, in denen die industrielle Bildverarbeitung an Bedeutung gewinnt.
Das Ziel der automatisierten Oberflächeninspektion ist eine reproduzierbare objektive Prüfung mit sehr hohen Taktraten. Nachfolgend soll der Übergang von einer visuellen Kontrolle (Mensch) zu einer automatisierten Kontrolle (Automat) exemplarisch aufgezeigt werden. Typischerweise sollen Beschädigungen an der Teileoberfläche wie beispielsweise Hiebmarken, Schleiffehler, Kratzer, Risse, Flecken, Löcher, Lunker, Schlagstellen, usw. gefunden, bewertet und aussortiert werden.
Die Aufgabenstellung kann in die Bereiche Handling, Beleuchtung, Bildaufnahme, Bildauswertung und Sortierung/Klassifizierung aufgeteilt werden. Der Mensch erledigt diese Aufgabe mit einer durch die Natur ideal abgestimmten Kombination aus Hand, Augen und Gehirn. Zusätzlich verfügt der Mensch über die Fähigkeit, zum Beispiel Fehler von Verschmutzungen zu unterscheiden.
Prüfung durch den Menschen
Der Mensch nimmt die Teile in die Hand und dreht sie in alle Richtungen. Konstante Beleuchtung und entsprechende Präsentation machen die Fehler sichtbar und können erkannt werden.
Die hohe Leistung und die Lernfähigkeit des menschlichen Gehirns erlauben eine schnelle Beurteilung der Fehler.
Trotz dieser Fähigkeiten bleiben bei der Prüfung durch Personen aufgrund menschlicher Unzulänglichkeiten wie mangelnder Konzentration, persönlicher Verfassung, Pausen, usw. oft auch gravierende Fehler unerkannt.
Prüfung durch den Automaten
Ein industrietauglicher Automat muß die o. g. Fähigkeiten ideal nachbilden, aber den Durchschlupf von Fehlern sicher verhindern. Der Automat kann im Gegensatz zur Hand die zu prüfenden Teile nicht in allen Richtungen bewegen. Vielmehr findet eine definierte, immer gleich bleibende Präsentation der Teile statt. Die Fehler müssen daher durch Auswahl der geeigneten Beleuchtung sowie der Anordnung von Teil, Beleuchtung und Kamera zueinander erkennbar gemacht werden. In den meisten Fällen läßt sich dies mit sehr guten Ergebnissen realisieren.
Die Taktzeit der zu prüfenden Teile kann bis zu zehn Stück/Sekunde betragen. Um diese Geschwindigkeiten erreichen zu können, müssen die Teile während der Bewegung geprüft werden. Je nach Teilegeometrie werden flache Teile linear gefördert und rotationssymetrische Teile während der Linearförderung gleichzeitig um die Drehachse gedreht.
Bildaufnahme
Grundsätzlich lassen sich für die Erkennung von Oberflächenfehlern Flächen- und Zeilenkameras einsetzen. Flächenkameras stehen heute mit einer Auflösung von 1 024 x 1 024 Bildpunkten für den industriellen Einsatz zur Verfügung. Zeilenkameras dagegen sind problemlos bis 4 096 Bildpunkte und größer erhältlich. Die zu detektierenden Fehler liegen häufig im Bereich von 0,1 mm Kantenlänge, womit man beim Einsatz von Flächenkameras sehr schnell an die Grenzen in bezug auf die Größe der zu prüfenden Teile stößt.
Auf Grund der linearen bzw. rotatorischen Bewegung der Teile eignen sich Zeilenkameras besonders zur Bildaufnahme. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Teile wird über einen Drehgeber erfaßt, so daß sich Geschwindigkeitsänderungen in der Bewegung der Teile nicht auf das Prüfergebnis auswirken. Aus den einzelnen Zeileninformationen wird ein flächenhaftes Bild aufgebaut.
Konstante Auswerteergebnisse erreicht man dadurch, daß die Kameras gegen Staub und Spritzwasser gekapselt und die Einstellringe für Schärfe und Blende am Objektiv gegen Verdrehen gesichert werden.
Beleuchtung
Je nach Beschaffenheit der Materialoberflächen ergibt sich ein unterschiedliches Reflexionsverhalten. Dies erfordert an die Aufgabenstellung optimal angepaßte Beleuchtungsverfahren, die eine absolut gleichmäßige Ausleuchtung des Prüfbereiches garantieren. Bei gewölbten Flächen bietet der Einsatz von Zeilenkameras weitere Vorteile, da nicht Flächen sondern nur ein schmaler Spalt ausgeleuchtet werden müssen.
Zum Einsatz kommen langlebige, hochfrequente Linearleuchten, die in der Helligkeit regelbar sind. Dies ermöglicht reproduzierbare Ergebnisse auch bei wechselnden Teileoberflächen.
Sortierung/Klassifizierung
Das Ergebnis der Oberflächenprüfung läßt sich in „gut“ und „schlecht“ klassifizieren. Ein geeigneter Prüfautomat muß diese Selektion in den o. g. Taktraten (bis zehn Teile/Sekunde) bewerkstelligen. Gute Ergebnisse werden mit magnetisch gesteuerten Stößeln erreicht. Je nach Anforderung können die Fehler nach Art, Lage und Größe klassifiziert und aussortiert werden. Das Ergebnis läßt Rückschlüsse auf Probleme im Produktionsprozeß zu.
Software/Bildauswertung
Die grafische Bedieneroberfläche des Prüfautomaten unter dem Windows Betriebssystem ermöglicht eine einfache Bedienung der Anlage. Eingesetzt werden Standard Industrie-PCs.
Die Inspektionssoftware zeichnet sich durch folgende Merkmale aus:
l Taktraten bis zu 10 Teile/s,
l Transportgeschwindigkeit der Teile bis zu 500 mm/s,
l Tools zur Fehlererkennung und -bewertung, so können z. B. langsame Graustufen- verläufe von Fehlern unter- schieden werden,
l Tools zum beliebi- gen Ausmaskieren von Teilbereichen auf den Prüfobjek-
ten, die nicht ge- prüft werden sol- len,
l Tools zur Randver- folgung, um Kan- tenfehler zu detek- tieren,
l Tools zur Erken- nung von Teilevari- anten mit der Mög- lichkeit, Online zwischen den ent- sprechenden Prüf- abläufen zu wech- seln,
l Tools zur Positi- ons- und Lageer- kennung der Teile, um Lagetoleranzen auszugleichen,
l Tools zur statisti- schen Auswertung
für die Qualitäts-
datenerfassung (SPC),
l Tools zur Steuerung des me- chanischen Handlings, z. B. Lineareinheiten, Förderbän- der, usw.,
l Tools zur Bedienung der Schnittstellen mit dem Ferti- gungsprozeß wie Feldbussy- steme, SPS, Netzwerk, RS 422/485, etc.
Alle Parameter der Anlage werden in Initialisierungs-Dateien abgelegt, bzw. über die graphische Bedienoberfläche geteacht. Der Anwender kann sie jederzeit modifizieren. Dies ermöglicht eine schnelle Anpassung an den Prüfautomaten mit einem hohen Maß an Flexibilität an neue Aufgabenstellungen. Im Inspektionsbetrieb werden der Anlagenstatus, statistische Auswertungen und das aktuelle Prüfergebnis angezeigt. Im Einrichtebetrieb erhält man zusätzlich die Kamerabilder und Detailinformationen.
Während der Werker in der Regel nur die Typennummer des zu prüfenden Teiles eingibt, kann der Einrichter Fehlerkriterien wie Größe je Fehler und Häufigkeit je Teil definieren. Anhand von Grenzmustern wird die Anlage parametriert. Von entscheidender Bedeutung ist hier der Einsatz von Standard-Komponenten wie Systemen basierend auf Industrie-PC oder VME-Bus.
Weitere Informationen A QE 503
Teilen:
