Kameratechnik sichert Fertigung

Bei Verpackungsfolien besteht das Problem darin, daß transparente dünne Folien gemessen werden müssen, die optisch schwer abbildbar sind.

Beispiele dafür sind die Prüfung der Kantenlage von Folienschichten an Getränkekartons, die Kalibermessung von Kunststoffdärmen oder die Messung von extrudierten Schläuchen.

Das neu entwickelte Meßsystem cam_gate basiert auf einer CCD-Linienkamera mit integriertem Bildverarbeitungsrechner. Im Sensor befindet sich die gesamte Intelligenz, die notwendig ist, um ein Bild aufzunehmen, es auszuwerten und eine Sortierentscheidung zu treffen.

Desweiteren besitzt der Sensor Ein-/Ausgabeschnittstellen, die eine direkte Zusammenarbeit mit dem Fertigungsprozeß ermöglichen.

Über digitale Eingänge kann die Meßwertaufnahme mit dem Teilefluß synchronisiert werden und digitale Ausgänge schalten Sortierweichen oder Signallampen. Zwei serielle Schnittstellen RS232 ermöglichen eine Meßwertübertragung an SPC- oder Archivierungssysteme.

Die Kompaktkamera cam_gate, bestehend aus Sensor, Objektiv und Beleuchtung, nutzt das telezentrische Abbildungsverfahren. Bei der eingesetzten Sensorlänge von 2592 Bildpunkten werden Meßgenauigkeiten von ± 0,005 mm (10 mm Meßbereich) bis ± 0,05 mm (75 mm Meßbereich) erzielt. Standardobjektive in den Meßbereichen 10, 20, 35, 55 und 75 mm stehen zur Verfügung. Größere Meßbereiche bis 250 mm werden mit Linienbeleuchtungen und quasitelezentrischen Objektiven realisiert.

Umfangreiche Maßnahmen, wie Beleuchtung mit Infrarotlicht, Schutzfilter, Nachführung von Beleuchtungszeit und Beleuchtungsintensität sowie selektive Flankensuchprogramme gewährleisten eine hohe Unempfindlichkeit gegen Störgrößen wie Fremdlicht oder Schmutz.

Bei extrudierten Schläuchen reicht oft eine einfache Durchmessermessung nicht aus. Die Anforderung besteht zumeist darin, den Durchmesser in zwei Achsen zu messen und die Ovalität zu bestimmen.

Das gefertigte Meßgerät basiert auf zwei cam_gates, die um 90° versetzt an den Schlauch montiert werden. Somit wird der Durchmesser in x- und y-Richtung bestimmt und der Meßwert über eine serielle Schnittstelle an einen Auswerterechner gesendet. Dieser führt die Berechnung der Ovalität und der benötigten statistischen Kennwerte durch.

In der Verpackungsindustrie ist ist man bestrebt, den Verpackungen ein ästhetisches Aussehen zu verleihen. So sind z. B. Ettiketten gerade, Aufdrucke gut lesbar oder Logos an auffallenden Stellen zu plazieren. Das eingesetzte Meßsystem ermöglicht den Vergleich eines angelernten Sollbildes mit dem aktuellen Istbild eines Produktes. Aus dem Vergleich der beiden Bilder ermittelt das Meßprogramm den Korrelationsfaktor in x- und y-Richtung und kann so die Abweichung feststellen. Der Grad der Korrelation, in ein Analogsignal gewandelt, dient zum Steuern einer Positioniereinrichtung. Die beobachteten Bilder können fortlaufende Aufdrucke, Einzelbilder oder Teilkonturen sein.

In einer konkreten Anwendung ist ein Verpackungsschlauch aus Kunststoff kontinuierlich durch einen Temperofen zu ziehen. Der Schlauch wird von einer Trommel abgewickelt und muß mit dem Aufdruck „nach oben“ zugeführt werden. Im Einzug des Ofens wurde eine Kamera installiert, die den Bildvergleich durchführt. Der Anlagenbediener lernt dem Meßsystem beim Einrichten anhand des Monitorbildes die gewünschte Lage des Aufdruckes an. Unabhängig von der Geschwindigkeit und der Phasenlage des Aufdruckes berechnet das Prüfsystem den Korrelationsfaktor und regelt über am Schlauch anliegende Rollen dessen Position. Ein Korrelationsfaktor von „Null“ bedeutet eine Übereinstimmung von Soll- und Istbild, womit sich der Verpackungsschlauch in der richtigen Lage befindet.

Langgestreckte Produkte wie Schienen, Zahnstangen, Wellen, Profile, usw. müssen gerichtet werden. Um Stempel und Widerlager der Richtpresse positionieren zu können, muß die Verbiegung über die Länge der Schiene bekannt sein. Die entwickelte Meßvorrichtung bestimmt die gesuchten Kurven in der horizontalen und vertikalen Ebene. Die Meßvorrichtung besteht aus einer translatorischen Achse und einem Meßwagen. Dieser kann, nachdem die Meßvorrichtung auf die Schiene aufgesetzt ist, mit der Lineareinheit 3000 mm an der Schiene entlang gefahren werden. Die Geschwindigkeit beträgt 1 m/s. Während der Bewegung messen zwei cam_gates die Verbiegung der Schiene. Eine Korrekturkamera bestimmt zu jedem Meßwert die Lage des Meßwagens bezüglich eines Fixpunktes. Der Meßwagen überträgt ein Wertepaar, x = Position, y = horizontale Verbiegung, z = vertikale Verbiegung an die Maschinensteuerung. Diese besitzt ein Visualisierungssystem zur grafischen Darstellung der Biegekurven, nach welchen dann die Richtpresse eingerichtet wird.

Diese Anwendung beschreibt einen Prüfautomaten, der kurze Stückzeiten bei relativ aufwendigen Meß- und Prüfkriterien ermöglicht. Zu prüfen sind Kontaktplättchen, diez. B. in Relais verwendet werden. Der Prüfplan umfaßt die Messung der Höhe und Breite sowie die Beurteilung der Kontur. Hier sind vor allem die Ausbildung der Radien an den „Ecken“ und die Freiheit der Kanten von Ausbrüchen oder Aufwölbungen wichtige Qualitätsmerkmale. Das Erzeugnisspektrum umfaßt Teile mit Abmessungen 3 x 3 mm bis 20 x 25 mm. Die geforderte Meßgenauigkeit beträgt 0,005 mm. Aufgrund der unterschiedlichen Teilegeometrie und der Notwendigkeit, die gesamte Kontur verdeckungsfrei zu sehen, gestaltete sich die Handhabung der Prüflinge sehr schwierig. Die Teile werden auf einer drehbaren Glasscheibe unter der Kamera hindurchtransportiert. Die Position der Plättchen ist dadurch undefiniert. Das Meßsystem ist in der Lage, Lageabweichungen in x- und y-Richtung von ± 2 mm und Verdrehungen im Winkel von ± 20° zu korrigieren. Die Messung wird durch eine Lichtschranke bei vorhandenem Kontaktplättchen ausgelöst. Der Prüfplan wird in folgenden Schritten abgearbeitet:

einer x-Kante

d. Bestimmen der Bezugsgeraden

einer y-Kante

e. Messen der Höhe

f. Messen der Breite

g. Soll-/Ist-Vergleich der Kontur anhand eines Konturrahmens.

Der Kabelprüfplatz verbindet die attributive Aufgabe, Vorhandensein der richtigen Kabeltüllen, mit der Meßaufgabe, die richtige Position des Kabels zu prüfen. Das Kabelsortiment umfaßt ca. 450 verschiedene Bestückungsvarianten mit Kabellängen zwischen 300 und 1800 mm. Das Meßsystem besteht aus einem Lichttisch 250 x 1 200 mm und vier CCD-Matrixkameras. Jede Kamera beobachtet einen Meßbereich von 250 x 325 mm. Die sich überlappenden Meßbereiche werden im Bildverarbeitungsrechner zu einem Bild zusammengesetzt. Verschiedene Korrekturmaßnahmen gewährleisten einen nahtlosen Anschluß der Meßfenster und einen konstanten Maßstab im gesamten Bild. Die Meßgenauigkeit des Systems beträgt ± 0,2 mm. Die Prüfung eines Kabels dauert im Durchschnitt 1 Sekunde. Das Kamerasystem vergleicht die Tüllenkonturen mit angelernten Sollkonturen, mißt deren Lage bezüglich des Kabelanfangs oder der benachbarten Tülle, prüft die Einhaltung der Toleranz der Tüllenposition, sucht nach möglichen Fehlbestückungen auf freien Kabelabschnitten und mißt die Gesamtlänge des Kabels. Das Anlernen der Prüfpläne erfolgt halbautomatisch. Das Kamerasystem sucht im Bild eines Meisterkabels die Tüllen, speichert deren Kontur als Sollkontur und deren Position als Sollage. Anschließend kann der Einrichter die Sollposition und deren Toleranzen, die Meß- und Bezugskanten manuell korrigieren.

Weitere Informationen A QE 403