„Qualität im Blick“

Dipl.- Ing. Ingmar Jahr, Vision & Control, Suhl

Wer als Zulieferer der Automobilindustrie gelistet ist, besitzt die Gewähr, große Stückzahlen seiner Produkte absetzen zu können. Im Gegenzug wird er in die Bringpflicht zum Nachweis der Produktgüte genommen, denn die Automo-bilindustrie verlangt durch die ISO-Zertifizierung ihrer Zulieferer die Dokumentation der Qualität der Produkte. Eine visuelle Qualitätskontrolle durch den Menschen scheidet im Allgemeinen schon dadurch aus, daß die zu beurteilenden Kriterien zu komplex, die Prüfergebnisse nicht objektiv und maßlich nachgewiesen werden können, sowie die Kontrollergebnisse durch Ermüdung fehlerbehaftet sind. Hinzu kommt, daß vielfach die Bearbeitungsgeschwindigkeit moderner Produktionsmaschinen so hoch ist, daß die menschliche Qualitätsbewertung schon aus diesem Grunde ausscheidet. In diesem Anwendungsbericht wird die Warenausgangskontrolle eines mittelständischen Unternehmens aus der Metallverarbeitung beschrieben, das verschiedene Produkte seiner Produktpalette über ein und denselben Prüfautomaten für Kleinteile laufen läßt.

Durch rasche Modellwechsel bei der Automobilindustrie hat sich die Zulieferindustrie auf eine schnelle Umstellung ihrer Produkte eingerichtet. Das gilt besonders für Stanz-, Press-, und Ziehteile. So müssen zum Beispiel Überwurfmuttern auf Innengewindetiefe und Zahl der Gewindegänge geprüft werden. Weiterhin müssen aber auch Zahnscheiben auf die Lage des Innenvierkantes und die Achssymmetrie bewertet werden. Und alles mit einer Maschine, der maximale Umrüstzeiten von 10-15 Minuten zugestanden werden. Eine Umrüstvorgang gestaltet dabei wie folgt: Die Geometrie der Schikanen am Vibrationswendelförderer wird gewechselt. Die Kamera-Optik-Beleuchtungsbaugruppe wird in Höhe und Neigung an die Prüfteile angepasst. Zuletzt wird die Triggerlichtschranke so positioniert, daß die Bildaufnahme ausgelöst wird, wenn sich das Prüfteil gerade in der Mitte des Gesichtsfeldes befindet – Fertig. All dies verlangt nach einem flexiblen Konzept der zu verwendenden Komponenten der Handhabung und insbesondere der Bildverarbeitungskomponenten.

Die Weimatic GmbH – Hersteller des beschriebenen Prüfautomaten – entschied sich aus diesem Grund für den Einsatz von Bildverarbeitungskomponenten aus dem Hause Vision & Control.

Durch den Einsatz des „V&C-Komponentensystems“ gelang der Zugriff auf das gesamte know-how der in der Machine Vision vertretenen Disziplinen aus einer Hand: Beleuchtungs-, Optik-, Hard- und Softwarekomponenten, die aufeinander abgestimmt sind. Die zahlreichen gestuften Systemkomponenten ermöglichen eine optimale Abstimmung der Komponenten auf die Belange der zu kontrollierenden Teile sowie auf die Integration in die Mechanik des Prüfautomaten.

Je nach Teilespezifik und Komplexität der Prüfaufgabe werden vom Prüfautomaten bis zu 60 Teile/Minute inspiziert, wobei wie in vielen Fällen die Zuführungs- und Handhabungsmechanik den Flaschenhals bildet.

Ein von der SPS des Prüfautomaten gesteuerter Bunker sorgt dafür, dass zur Beschickung des folgenden Vibrationswendelförderers für 60 Minuten Prüfteile zur Verfügung stehen, ohne dass der Maschinenbetreuer sich um Teilenachschub kümmern muss.

Die Vereinzelung der Prüfteile erfolgt durch einen Vibrationswendelförderer an dessen Auslauf teilespezifische Schikanen für eine vorgegebene Lage der zuzuführenden Prüfteile sorgt. An dieser Stelle erfolgt auch die Übergabe an ein Förderband, das die Prüfteile in Bildaufnahmeposition unter die Kamera bewegt.

Mit einer Durchlichtschranke getriggert, erfolgt die Auslösung der Bildaufnahme durch den direkten Anschluß der Lichtschranke an einen digitalen Eingang des kompakten Bildverarbeitungssensors PICTOR.

Die Qualität des aufgenommenen Bildes hängt dabei in besonderem Maße von der Beleuchtung ab. Die Auswahl fiel aus gegebenem Grunde auf eine VICOLUX – Dunkelfeldbeleuchtung. Die damit erzielte Beleuchtungstechnik ermöglicht es in besonders gutem Maße, verschiedene Teile auf ihre Außenkonturen im Auflicht zu untersuchen, ist aber auch zur Erkennung von Eigenschaften an Innenkonturen vorzüglich geeignet.

Die angewendete Auflichtbeleuchtung macht die Anlage besonders störsicher. Die im Laufe der Zeit zwangsläufig auftretenden Verschmutzungen und Abriebspuren des Transportbandes haben keinen Einfluß auf die Funktionssicherheit der Anlage. Im Vergleich sind die häufig anzutreffenden Anlagen, die mit bildverarbeitungstechnisch einfacher zu handhabender Durchlichtbeleuchtung und rotierendem Glastisch arbeiten, wesentlich störanfälliger: Schmutz und prinzipbedingt entstehende Kratzer des Glastisches haben bei diesen Anlagen direkten Einfluß auf die Funktion. Schon nach wenigen Wochen muß der Glastisch wegen ansteigender Zahlen von Pseudoausschuß ausgetauscht werden.

Ganz unspektakulär gestaltet sich das Abbildungssystem. Ein entozentrisches Standardobjektiv der VICOTAR-Serie sorgt für eine gute Konturschärfe. Da es sich bei den zu prüfenden Eigenschaften um Winkelmessungen sowie Zählung von Kantenübergängen handelt, ist der Einsatz dieser Objektivart ausreichend. Eine telezentrische Abbildung ist hier nicht notwendig, denn Winkel können in verschiedenen Messebenen (verschiedene Teilehöhe), auch unter dem Einfluß von Perspektive, mit entozentrischen Objektiven sehr genau vermessen werden.

Sensoren mit integrierter Bildverarbeitung realisieren die Auswertung von komplexen Bildinformationen schon im Kameragehäuse.

So kann bei entsprechender optischer Vorverarbeitung durch eine gut kontrastierende Beleuchtung des Prüflings und Auswahl eines geeigneten Objektivs das eigentliche Prüfprogramm zur Inspektion sehr einfach ausfallen. Die universelle Funktionalität des PICTOR macht das Erstellen des Prüfprogramms zur einfachen Sache. So läßt sich mit nur einigen Befehlen die Lageerkennung des Innenvierkantes zu den Zähnen an der Außenkontur einer Art von Produkten realisieren.

Danach wird nach gut und schlecht entschieden und das Ergebnis an die SPS weitergegeben. Die einfache Art und Weise der Konfiguration der Prüfprogramme ermöglicht eine schnelle Anpassung des Prüfautomaten auch an die Erfordernisse zukünftiger Produkte.

Nach der Bewertung der Teile durch das Bildverarbeitungsprogramm werden von der SPS Magnetventile angesteuert, die das Separieren von guten und schlechten Teilen mit Druckluft bewerkstelligen. Dabei laufen Zähler mit, die eine Statistik der produzierten Teile erstellen. So wird stückgenau auf den nachfolgenden Verpackungskisten die Anzahl der qualitativ hochwertigen Produkte vermerkt. Ein Drehtisch mit 4 Verpackungskisten dient als Puffer, so dass die Anlage auch längere Zeit ohne Eingriff eines Bedieners völlig autark arbeiten kann. Eine Anzeige der Gut- / Schlechtzahlen an einem Monitor vervollständigt die Anlage.

Mehr zum Einsatz der Komponenten des „V&C-Komponentensystems“, deren Integration sowie zu Spezifika von Bildverarbeitungsprojekten wird in fortlaufend angebotenen Seminaren zu verschiedensten Problemen der industriellen Bildverarbeitung vermittelt. Die Seminare finden am Unternehmenssitz in Suhl im Demonstrationszentrum sowie in Hannover und Ulm statt.

Halle 3 / 3104

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