Harte Anforderungen

Dipl.-Ing. (FH) Jochen Sander, Produktmanager für Bildverarbeitung, Matsushita Electric Works GmbH, Holzkirchen

Um den harten Anforderungen gerecht zu werden, sind Elektroniksysteme in abgeschlossenen Modulgehäusen untergebracht. Die Gehäuse erfüllen dabei gleich mehrere Aufgaben. Zum einen schützen sie die empfindliche Elektronik, zum anderen sind in ihnen Leiterbahnen, Montagebefestigungen für Bauteile oder Sensorelemente integriert.

Die Produktion gliedert sich in drei Schritte. Nach dem Stanzen und Biegen der Leiterbahnen werden diese zusammen mit anderen Formteilen in Spritzgussmaschinen eingesetzt und mit Kunststoff umspritzt. Später erfolgt die Bestückung der Gehäusemodule mit den Elektronik- und Sensorkomponenten. Bei der Produktion der Gehäuse werden an vielen Stellen Bildverarbeitungssysteme verwendet. Zwei typische Kontrollaufgaben sollen nachfolgend die Anwendung verdeutlichen:

Die Leiterbahnen und Stecker werden in mehrstufigen Stanzen aus Metallbändern geformt. Die Bereiche der späteren Steckkontakte sind meist vergoldet, um einen besseren elektrischen Kontakt zu gewährleisten. Das Bildverarbeitungssystem hatte mehrere Prüfungen durchzuführen. In einer Gesamtansicht sollen unvollständige Ausstanzungen, die auf einen Werkzeugbruch hindeuten, erkannt werden. In einer zweiten Prüfung muss die goldene Galvanikschicht überwacht werden, damit sichergestellt ist, dass die Kontaktstellen zu den Sensoren einwandfrei sind (Bild 1). Trotz der ungünstigen Lichtverhältnisse ist eine Genauigkeit von 0,05 Millimeter gefordert.

Die Aufgabe erfordert drei Kameras, da die zu überwachenden Bereiche zu weit auseinander liegen, um mit einer Kamera ausreichend genau vermessen zu werden. Zur Lösung wurde das Kompaktsystem A 200 gewählt. Standardmäßig bietet es nur zwei Kameraeingänge, lässt sich jedoch jederzeit mit einem Videoswitch um weitere Kameraeingänge erweitern (Grafik). Durch den Einsatz von Double-Speed-Kameras können alle drei Kamerabilder innerhalb von nur 8,4 Millisekunden aufgenommen werden. Die hohe Rechenleistung des A 200 erlaubt die Auswertung der drei Bilder in 50 Millisekunden.

Bei der Inbetriebnahme an dieser schnell laufenden Maschine bringt der Bildspeicher des A 200 eine große Erleichterung. Bei den hohen Taktraten kann die Maschine nicht mehr schnell genug gestoppt werden, um Fehlteile sofort zu beurteilen. Hier bietet das System Speicherplatz für 32 Bilder. Der Benutzer kann selbst wählen, ob er hier die letzten Aufnahmen oder die letzten Fehlerbilder speichern will. Diese Speicherung erfolgt in Echtzeit und verlangsamt die Auswertung nicht. So kann man in Ruhe die Fehler analysieren und den Prozess optimieren. Die Bilder lassen sich über eine serielle Schnittstelle sichern, was der Kunde für die Dokumentation der Fehlerursache nutzt.

In der laufenden Produktion sind für die Schichtführer die statistischen Kennwerte der verschiedenen Messungen wichtig. In einer kleinen Tabelle sind Min-, Max- und Mittelwerte sowie die Anzahl von Fehlteilen zusammengefasst. Die Aufschlüsselung nach den verschiedenen Fehlerarten ermöglicht ein gezieltes Optimieren der Anlage.

Ein Passwort schützt den Zugang zum System. Dieses erlaubt es, einzelne Menüpunkte, aber auch ganze Konfigurationsgruppen vor dem Anwender zu verbergen. So sieht er nur noch die für seine tägliche Arbeit wichtigen Punkte und kann nicht versehentlich wichtige Einstellungen verändern.

Beim Umspritzen des Metallstanzteils mit Kunststoff können verschiedene Fehler auftreten. Häufig kommt es vor, dass die filigranen Metallbahnen nicht 100 Prozent korrekt in der Aufnahme liegen. Über- oder Unterspritzungen sind die Folge. Bei der Auswahl des Systems legte der Kunde großen Wert auf einfachste Einrichtung, da mit häufigen Produktwechseln zu rechnen ist.

Da die Umstellung auf neue Typen ohne großen Einrichtaufwand erfolgen soll, scheiden Kontrollen, die auf Vermessung oder einzeln angepassten Prüffenstern beruhen aus. Sie sind zu aufwendig einzurichten. Der klassische Bildvergleich, bei dem das System ein gespeichertes Referenzbild mit dem aktuellen Kamerabild vergleicht, reicht nicht aus, um auch kleinste Fehler sicher zu erkennen. Erst der Einsatz des Smart-Matching-Verfahrens brachte den Erfolg. Bei diesem Mustervergleich prüft nach dem ersten Bildvergleich eine nachgeschalteter intelligenter Algorithmus das Bild ein weiteres Mal und erkennt so auch kleinste Unterschiede (Bild 2 und 3). Diese nachträgliche Filterung steigert die Genauigkeit der Erkennung im vorliegenden Fall um den Faktor 30 im Vergleich zur klassischen Methode mittels Autokorrelation.

Bei dem häufigen Typwechsel wollte der Anwender die Einrichtung so einfach wie möglich halten. Nach der Parametrierung reicht ein Knopfdruck zum Abspeichern eines neuen Referenzmusters. Wird bei einer Umstellung doch einmal eine Anpassung des Prüfbereichs erforderlich, kann die Konfiguration mittels eines kleinen Keypads ohne zusätzlichen Laptop vorgenommen werden.

Auch bei der Inbetriebnahme unterstützen zahlreiche Tools den Techniker zum Beispiel bei der Blendeneinstellung. Die Wahl der richtigen Blende ist oft entscheidend für die sichere Kontrolle – eine Einstellung, die unerfahrenen Nutzern nicht immer leicht fällt. Der A 200 führt den Anwender menüunterstützt durch diese Aufgabe. Er muss nur noch den Blendenring einmal in den linken und in den rechten Endanschlag drehen. Das System errechnet aus diesen Grenzwerten und der Analyse des Bildinhalts die optimale Blendenstellung. Ein Bargraph zeigt dies anschaulich. Wird ein Wert von 100 Prozent erreicht, ist die optimale Blende gefunden. Ähnlich einfach lassen sich auch andere Parameter wie Schärfe oder Schwellwerte einstellen.

Der Einsatz in der Automobilindustrie ist nur ein Beispiel für die vielen Einsatzmöglichkeiten des A 200. Bei der Entwicklung stand der universelle Einsatz für eine Großzahl von Applikationen im Vordergrund. Mit seinen Prüfelementen für Anwesenheits- und Positionskontrolle, Vermessungen, Typerkennung oder Aufdruckkontrolle deckt der A 200 einen großen Teil der industriellen Aufgabenstellungen ab. Auch bei verschobenen oder verdrehten Objekten führen Lagekorrekturen die Prüffenster automatisch nach, so dass keine Einschränkungen der Genauigkeit entsteht.

Das Kompaktsystem schließt die Lücke zwischen einfachen intelligenten Kameras und teuren PCbasierten Systemen. Insgesamt 64 unterschiedliche Projekte mit fast 300 Checkern bieten knapp 19000 Prüfmöglichkeiten. Sollten dennoch einmal besondere Anforderungen gestellt werden, die über die Möglichkeiten der Standardsoftware hinausgehen, steht eine in C programmierbare Version zur Verfügung.

Weitere Informationen A QE 407