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Extreme Prüftiefe und Flexibilität

Vision-Lösung für die Qualitätskontrolle von Displays
Extreme Prüftiefe und Flexibilität

Die hoch rationalisierte Fertigungslinie von Auto- und Navigationsradios bei VDO in Wetzlar arbeitet prozessintegriert mit detaillierter Qualitätskontrolle. Das erfordert Bildverarbeitung mit komplexen Fähigkeiten und hoher Flexibilität.

Dipl.-Ing. Kamillo Weiß, Fachjournalist, Leinfelden-Echterdingen

Höchste Qualität und gleichzeitig schnelle Reaktionsfähigkeit ist in der Automobil-Zulieferindustrie ein marktentscheidender Faktor. Kurzfristige Veränderungen in den Produkttypen bedingen höchste Flexibilität. Die Firma Weber Systemtechnik liefert als Generalunternehmer komplette schlüsselfertige Anlagen der Mess- und Prüftechnik. Diese müssen in die gesamte Fertigungslinie, einschließlich aller Steuerungs- Kommunikationsschnittstellen, integriert werden.
Das Visionsystem DisplayInspect von Cognex konnte die komplexen Aufgaben präzise mit hoher Funktionssicherheit lösen und alle weiteren Anforderungen nach Flexibilität sowie Leistungsstärke erfüllen.
Projektrealisierung im Eiltempo
Zur schwierigen Situation in der Projektierung einer Prüfanlage und Aufbau der schlüsselfertigen Lösung bemerkt Dipl.-Ing. Burkhard Weber von der Geschäftsleitung: „Wir befinden uns in der Qualitätskontrolle auf einer Gratwanderung. Für das, was morgen produziert wird, sollen wir heute schon eine verlässliche Lösung liefern. Das, obwohl die Unterlagen aus Zeitgründen noch unvollständig sind und meist noch ständig Änderungen in den Details erfolgen.“ Der Kunde wünscht die Prozessintegrierte komplette Kontrollkette in der Qualität der Radios bzw. Navigationssysteme einschließlich der Dokumentation: Einerseits in der Funktionskontrolle wie z.B. dem Testen der Tasten mittels Roboter. Andererseits der komplette Check der Gerätefront durch die präzise Kontrolle auf Fehlbestückung, Kratzer, Oberflächenunterschiede, korrekte Symbolik, Nachtbeleuchtung und fehlerfrei arbeitende Displays. Nationale Ansprüche in der Gestaltung der Autoradiobedienung bedingen z.B. eine Gerätevariante, bei der ein Symbol in Größe, Formgebung und Position Änderungen aufweist, oder es wird kurzfristig ein Display eines anderen Herstellers verwendet. In der laufenden Produktion muss das Bildverarbeitungssystem diese Varianten problemlos bewältigen können. Deshalb wird zusätzlich zu den komplexen Fähigkeiten des Visionsystems ein sehr hohes Maß an Flexibilität notwendig. Dies gilt sowohl in der Leistungsfähigkeit der Hard- und Software, als auch in der einfachen Bedienungsoberfläche für die schnelle Anpassung auf Änderungen in der Produktion. Das machte den Schritt zu einer High-End-Lösung der Bildverarbeitung notwendig.
Dazu bemerkt Herr Weber weiter: „Wir müssen dem Kunden das Leben so angenehm wie möglich gestalten. Es ist eminent wichtig, dass der Kunde seine laufenden Applikationen ständig selbst anpassen kann.“ Eine entsprechend dem Pflichtenheft fertige BV-Lösung gab es nicht. Hinzu kommt der weitere sehr wichtige Aspekt des Simultanous Engineering von Kundenanforderungen und der laufenden Entwicklung. Des Weiteren musste dem Kunden die Machbarkeit einer präzise arbeitenden Vision-Lösung, bis in ein weit fortgeschrittenes Entwicklungsstadium, sehr schnell präsentiert werden.
Anwendungspezifisch optimierte Vision-Tools
Je intelligenter die Fähigkeiten der Vision-Software sind, umso besser und zuverlässiger kann die Prüftiefe dieser komplexen Anforderung realisiert werden. Des Weiteren konnte die Prüfung problemlos so parametriert werden, dass die Ergebnisse denen von menschslichen Prüfern entsprachen. Dies resultierte in einer hohen Akzeptanz beim Endanwender. Gegenüber dem menschlichen Prüfer bietet das System jedoch einen signifikanten Vorteil: Die Ergebnisse sind reproduzierbar und stets gleich. Dies alles war auch ausschlaggebend bei der Auswahl eines Visionsystems und die Entscheidung für DisplayInspect von Cognex. Die enorme Leistungsfähigkeit des Framegrabbers von Cognex rundete in optimaler Weise das Gesamtsystem der Bildverarbeitung ab. Bei der Auswahl des Visionsystems stellte sich DisplayInspect mit Abstand als die beste Lösung dar. Diese Entscheidung erwies sich als Vorteil in der gesamten Kette von der Vorarbeit in der Machbarkeitsstudie, der Entwicklung von der Projektphase bis zum Test der vollständigen Lösung und der laufenden Aufgabenanpassung durch den Kunden VDO Wetzlar selbst. Sehr hilfreich war dies bei der Erstellung der Fertigungslinie, da die Einhaltung des Liefertermins mit schneller Produktionsaufnahme ein zentraler Angelpunkt war. Im Grunde ging die Anlaufphase der Produktion sozusagen von 0 Prozent auf 100 Prozent. Eine Verzögerung hätte der Kunde nicht akzeptiert. Regressforderungen wären womöglich die Folgen gewesen. DisplayInspect deckt mit seinen speziellen Vision-Tools sehr umfangreich den ganzen Bereich der Qualitätskontrolle von Displays unterschiedlicher Technologien ab. Zusammen mit vielen weiteren äußerst präzise arbeitenden Vision-Tools, wie z.B. in der Vollständigkeitskontrolle oder der Oberflächenbeschaffenheit der Radiofront aus Kunststoff, konnte alles auf einer einheitlichen Basis erstellt werden.
Wesentliche Funktionen von DisplayInspect sind:
– Kontrolle, dass jeder einzelne Pixel des Displays richtig arbeitet.
– Prüfung der Ausrichtung des Displays zum Gehäuse.
– Nachweis, dass die LEDs in korrekter Farbe erscheinen.
– Prüfung, ob die Symbole komplett und in exakter Ausrichtung gelasert bzw. gedruckt sind.
– Prüfung, ob bei beleuchteten Symbolen die Leuchtdichte und Uniformität den Vorgaben entspricht.
– Kontrolle der Position und Qualität von Tastenfeldern und Buttons.
– Identifizierung von Blasen im Displayglas oder Verschmutzungen.
– Prüfung, dass jede Farbe gleichmäßig über das Farbdisplay angezeigt wird.
– Bestätigung von korrektem Weißabgleich des Farbdisplays.
Die Algorithmen der Tools von DisplayInspect wurden speziell für die Aufgaben effizienter Displaykontrolle entwickelt und bestens optimiert. Im Einzelnen sind dies die Vision-Tools von: Alignement Mark, Inspect Region, PixelProbe, RowColumm, Light Meter, Distance, Segment, Mask, Colour Conformity, Colour PixelProbe und White Balance Tool. Das Alignment Mark Tool zur Prüfung der Displayausrichtung sichert in Verbindung mit anderen Vision-Tools die sehr präzise Positionsbestimmung, Rotation als auch extrem genaue Winkelbestimmung. Dieses Zusammenspiel gilt auch für andere Tools. Einige dieser Tools und deren Know-how gelten in ihrer Detektionsfähigkeit als die hohe Schule der Bildverarbeitung.
In der Automobilindustrie sind die Anforderungen bezüglich der Qualität enorm angestiegen, weil der Endkunde ein makelloses Produkt erwartet. Wenn eines der Symbole der Nachtbeleuchtung deutlich weniger hell ist als andere, oder wenn das Display unterschiedliche Helligkeitsbereiche aufweist, dann ergibt dies Probleme in der Akzeptanz. Auch die einzelnen Schriftzüge und Symbole müssen eine gleichmäßige Helligkeit und fehlerfreie Darstellung aufweisen. Dementsprechend müssen die Autoradios und Navigationssysteme in kurzen Taktzeiten auf sehr viele Merkmale äußerst exakt geprüft werden. Diese Anforderung gilt aber nicht nur in der Automobil-Zulieferindustrie sondern auch im gesamten Bereich elektronischer Geräte mit integrierten Displays.
Das Thema der Kalibrierung wird dabei von zunehmender Wichtigkeit. So geht es nicht mehr nur um den visuellen Eindruck z.B. einer gleichmäßigen Helligkeit eines Symbols. Ziel ist die exakte Reproduzierbarkeit eines bestimmten Helligkeitswertes. Ähnlich der Kalibrierung von elektrischen Messgeräten. Der gemessene Prüfwert von z.B. 1 Volt muss minimal mit dem Kalibrierungswert übereinstimmen. In diesem Umfeld sieht man bei der Weber Systemtechnik mit dem Einsatz von DisplayInspect eine günstige Voraussetzung um auch derartige Anforderungen zukünftig besser zu erreichen. Unter der Prämisse hoher Flexibilität und Verfügbarkeit von Kontrollanlagen ist es deshalb auch außerordentlich wichtig, dass das Bildverarbeitungssystem Leistungsreserven in Hard- und Software aufweist.
Wie auch die sehr bekannte Visionsoftware PatMax von Cognex, zeichnet sich DisplayInspect durch die einfache Bedieneroberfläche aus, die eine äußerst problemlose parametrische Programmierung gewährleistet. Der Anwender kann dadurch in den einzelnen Tools für eine optimal funktionierende Applikation jederzeit die digitalen Schwellenwerte erneut selbst anpassen.
Neben den sehr präzise arbeitenden Algorithmen der einzelnen Tools unterstützt DisplayInspect den Anwender und Systemintegrator in der Auswahl von Kameras und deren Auflösung, um die bestmöglichen Resultate zu erzielen.
Flexibilität und Systemsicherheit
Die Weber Systemtechnik hat bereits zwei Fertigungslinien mit integrierten Test-, Mess- und Kontrollsystemen an die VDO Wetzlar geliefert. Beide sind mit dem Visionsystem DisplayInspect ausgerüstet. Die erste Installation hatte eine extrem kurze Durchlaufzeit von der Auftragsvergabe einschließlich Installation von nur einem halben Jahr. In der ausgesprochen zügigen Projektierung und Durchführung war die Unterstützung mit Vision-Know-how durch Cognex in Karlruhe eine sehr positive Erfahrung. Basis dieser Fertigungslinien ist eine von der Firma Weber entwickelte Software zum Testen unterschiedlichster Produkte. Dadurch kann sich auch der Kunde ohne Programmierkenntnisse den Ablauf selbst zusammenstellen. Dazu wurde eine Schnittstelle zur Bildverarbeitung DisplayInspect geschaffen. Wenn der Kunde mit dieser Basis vertraut ist, dann kann er wesentlich schneller auf Veränderungen selbst reagieren. In diesen Fertigungslinien gilt es sowohl sehr hohe Stückzahlen in kurzen Taktzeiten, als auch kleine Stückzahlen mit aufwändiger Kontrolle in wechselnden Chargen und Typen zu bewältigen. Der maximale Durchsatz beträgt im Dreischichtbetrieb 3300 Autoradios am Tag, oder anders ausgedrückt erfolgt die komplette Kontrolle pro Autoradio in 22 Sekunden. In der zuerst installierten Anlage erfolgt die Bildverarbeitung mittels zwei gleichzeitig arbeitender Kameras für die Displaykontrolle. In der zweiten Anlage erreicht man durch die Aufteilung des gesamten Kontrollbildfeldes auf acht simultan arbeitende Kameras eine sehr hohe Detailauflösung. Es erfolgt die komplette Kontrolle der Radiofront mit Bedienknöpfen, Symbolen, Beleuchtung, Display als auch des Gehäuses. Die Kameras befinden sich dabei auf einem Verschiebemechanismus, so dass eine sehr schnelle und hohe Flexibilität in der Kontrolle von kleinen und größeren Radiotypen auf der gleichen Anlage bewältigt werden kann. Diese Applikation erfordert in Verbindung mit der hohen Prüftiefe eine sehr hohe Leistungsfähigkeit von der Hardware des PC-basierten Visionsystems. Im globalen Wettbewerbsumfeld der Automobil-Zulieferindustrie muss ein hoher Automatisierungsgrad bei gleichzeitig sehr hoher Qualität erzielt werden. Hier geht es nicht mehr um die statistische Qualitätskontrolle, sondern man muss die Anforderung von DPM-Zahlen (defects per million) wie z.B. weniger als 100 erfüllen. Zulieferteile müssen eine eindeutig definierte Qualität und eine ausgeprägte Dokumentation aufweisen. Dem Aspekt harter Wirtschaftlichkeit stehen die Fakten von Flexibilität und Systemzuverlässigkeit gegenüber. Die Weber Systemtechnik hat dem Kunden VDO Wetzlar nicht nur die Machbarkeit der Bildverarbeitung präsentiert, sondern ihn auch eingehend über die besseren Fähigkeiten der auf den ersten Blick teureren High-End-Lösung beraten. Dies erweist sich heute in der laufenden Produktion als großer Vorteil in reaktionsschneller Flexibilität und der hohen Zuverlässigkeit dieser Vision-Lösung.
Die positiven Erfahrungen aus der laufenden Produktion dieser beiden Anlagen schlagen sich bereits im gegenwärtigen Produktionsausbau nieder. Eine Dritte Mess-, Test- und Kontroll-Anlage wurde bereits an die Weber Systemtechnik in Auftrag gegeben, und eine weitere befindet sich im Stadium von Konzeption und Angebot. Als Visionsystem ist hierbei DisplayInspect fest eingeplant.
Die Ergebnisse aus den beiden laufenden Anlagen fasst Burkhard Weber zusammen: „Für uns ist DisplayInspect ein Visionsystem, das für diesen Anwendungsbereich über eine hohe Performance verfügt, Leistungsreserven bietet, und eine ausgeprägte Flexibilität sowie Systemsicherheit aufweist.“
Information Weber Systemtechnik:
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