Lampe durchleuchtet

Dr.- Ing. Jürgen Geffe, Vision & Control GmbH, Suhl

Die Glühlampenhersteller fertigen derartige Lampen in hohen Stückzahlen und mit Takzeiten teilweiseunterhalb einer Sekunde. Zur Qualitätssicherung ist die Kontrolle bzw. Vermessung jeder einzelnen Lampe erforderlich. Eine manuelle Kontrolle scheidet aus, da ein unverhältnismäßig großer Arbeitskräfteaufwand notwendig wäre oder der Fertigungsprozeß unterbrochen werden müßte. Die vorgestellte Applikation zeigt, wie mit Hilfe mehrerer in den Herstellungsprozeß integrierter Bildverarbeitungssysteme die hohen Qualitätsanforderungen an Kfz-Glühlampen erfüllt werden.

Die Elektroden werden in die notwendige geometrische Form gebracht und mit den separat zugeführten Wendeln verschweißt. Bei einer H4-Lampe ist es beispielsweise notwendig, zwei Wendel und eine Abblendkappe an den Elektroden zu befestigen. Die Herstellung dieser grundlegenden Einheit ist entscheidend für die Qualität der Lampe. Daher sind bereits während der Gestellfertigung Messungen erforderlich, die sich auf die Lage der Wendel zu den Achsen beziehen.

Auch die Herstellung des Glaskolbens, welcher im nächsten Arbeitsschritt das Lampengestell aufnimmt, entscheidet über die Qualität der entstehenden Lampe. Neben der Gesamtgeometrie ist vor allem die Form und der Querschnitt der Kapillare zur Evakuierung und Befüllung wichtig. Da das Evakuieren, das Befüllen mit Halogengas und das gleichzeitige Verschmelzen der Befüllöffnung bei ca. – 196°C im flüssigen Stickstoffbad erfolgt, ist eine reproduzierbare Geometrie wichtig.

Die Steuerung bzw. Überwachung dieses Fertigungsschrittes erfolgt mit 2 Kamerasystemen.

Kamera 1 (im Bild oben) schaut durch das Glasrohr hindurch und bestimmt den inneren Querschnitt der Öffnung. Die Verwendung eines telezentrischen Objektivs realisiert dabei reproduzierbare Messwerte und reduziert Beugungserscheinungen des Lichtes. Kamera 2 (nicht im Bild sichtbar) inspiziert den Glaskolben von der Seite.

Aus der Differenz des mit Kamera 1 gemessenen Innendurchmessers und dem von Kamera 2 ermittelten Außendurchmesser wird zusätzlich die Glasdicke im kritischen Bereich des Glaskolbens ermittelt.

Sind Kolben und Gestell erfolgreich vereint, mit Gas gefüllt und verschmolzen, ist der sogenannte Brenner fertig. Dieser wird nun mit der Fassung verbunden. Das heißt, die elektrischen Kontakte werden verschweißt sowie die Lage des Glaskolbens fixiert. Dieser Fügeprozess erfolgt bildverarbeitungsgesteuert mit Kameras, die die Lage der Bezugspunkte der Fassung und die Lage der Glühwendel bestimmen, ein 3-achsiges Antriebssystem ansteuern und letztendlich den Schweißvorgang freigeben. Diese Justageschritte entscheiden über die Funktionsfähigkeit der Lampe im Zusammenspiel mit der Reflektorform. Denn nur wenn die Glühwendel an der richtigen Stelle sitzt, muss der Scheinwerfer nach Glühlampenwechsel nicht neu eingestellt werden.

Es folgen weitere Komplettierungsschritte bevor am Ende der Fertigung nochmalig in einem letzten Kontrollvorgang die Lage der Glühwendel ermittelt und bewertet wird. Dies erfolgt in der sogenannten Endkontrollmaschine, in der die Lampen von bis zu 6 Kameras inspiziert werden und weitere Kontrollschritte, wie z. B. mechanische Erschütterungstests, über sich ergehen lassen müssen. Die Bildverarbeitung hat hier die Aufgabe, wie zuvor bei der Justage, die Glühwendel durch das Glas hindurch mit hoher Präzision zu vermessen, die Bezugspunkte der Lampenfassung festzustellen und durch Verrechnen der Ergebnisse aller Kameras die für die Qualitätssicherung und Prozessbewertung notwendigen Messwerte zu ermitteln. Eine aufwendige Statistik, bis hin zur Berechnung von Qualitätsparametern, wie z. B. cp und cpk, dokumentiert den Stand der Fertigung für jede einzelne Lampe. Dies geschieht über einen gesamten Schichtverlauf. Ebenso werden die Wartungszyklen der Maschinenreihe daraus abgeleitet. Die Anforderungen an die eingesetzten Bildverarbeitungskomponenten sind groß. Hohe Zuverlässigkeit, Stabilität und Bedienfreundlichkeit der Bildverarbeitungssoftware sind gefordert. Hervorzuheben sind hierbei die Eingabe von Offsetwerten und die Änderung von Toleranzen. Zur optischen Abbildung kommen durchweg telezentrische Objektive der Serie VICOTAR zum Einsatz. Sie haben den Vorteil, bedingt durch das Fehlen der Perspektive beim telezentrischen Strahlengang auch bei einer Änderung des Abstandes von Messobjekt – Objektiv keine Größenänderung des Bildes hervorzurufen. Nur so ist ein exaktes Erfassen der Abmessungen möglich.

Sie haben den Vorteil, bedingt durch das Fehlen der Perspektive beim telezentrischen Strahlengang, auch bei einer Änderung des Abstandes von Messobjekt – Objektiv keine Größenänderung des Bildes hervorzurufen. Nur so ist ein exaktes Erfassen der Abmessungen möglich. Diese Eigenschaft macht telezentrische Objektive zu idealen Abbildungssystemen für den messtechnischen Einsatz der Bildverarbeitung im industriellen Umfeld. Dieser Vorteil kann auch für die Kontrolle von Objekten großer räumlicher Ausdehnung genutzt werden.

Erstmals wird von Vision & Control mit der Baureihe „VICOTAR – inspect“ eine Serie telezentrischer Objektive mit Fresnellinsen für Gesichtsfelder von bis zu 260 mm angeboten. Die Nutzung von Fresnellinsen reduziert neben dem Preis vor allem die mechanische Empfindlichkeit, bedingt durch die hohen Glasmassen großer telezentrischer Abbildungssysteme, und verringert die Abbildungsgüte nur geringfügig.

Zur Beleuchtung kommen ebenfalls Komponenten des V&C-Komponentensystems zum Einsatz. Die Nutzung leistungsstarker Leuchtdioden als Lichtquelle macht diese Beleuchtungen besonders unempfindlich gegen mechanische Schwingungen. Weiterhin überzeugen die Beleuchtungen der VICOLUX-Serie durch hohe Lebensdauer und Wartungsfreiheit.

Hinzu kommt das große Typenspektrum der Komponentenserie VICOLUX und die Tatsache, dass bereits die gesamte Ansteuerelektronik im Gehäuse der Beleuchtung integriert ist. Zur Spannungsversorgung wird eine Gleichspannung im Bereich 10…30V benötigt, welche polunabhängig anzu-schließen ist.

Die Helligkeit kann entweder über ein integriertes Potentiometer oder eine externe Steuerspannung (0…10 V) festgelegt werden. Dieses erleichtert die Installation erheblich.

Weitere Informationen A QE 401