Das für diese Anwendung weiterentwickelte Vinspec-System stellt ein hochleistungsfähiges optisches Qualitätsprüfsystem für Großserienventile dar. Der Einsatz dieser Anlage ersetzt die ungenaue und kostenintensive manuelle Sichtprüfung, welche bisher für jedes Ventil einzeln durchgeführt wurde. Nun wird jedes Ventil im Zwei-Sekunden-Rhythmus automatisch und vollständig geprüft.
Zielsetzung
In einer Fertigungslinie von Ventilen für Kfz-Motoren soll eine vollautomatische optische Qualitätsprüfung integriert werden. Das zu realisierende Prüfsystem muss hierbei Ventilschaft und -sitz im Hinblick auf folgende Fertigungsfehler prüfen:
l topologische und nichttopologische Ober- flächenfehler, je nach Prüfbereich ab einer Ausdehnung von 0,3 mm,
l maßliche Beurteilung von Sitzbreite und -schlag,
l Vermessung des Kalottenversatzes und des -durchmessers,
l fehlende oder nicht vollständig durchge- führte Bearbeitungsschritte.
Realisierung
Diese Aufgabenstellung wurde mit dem optischen Qualitätsprüfsystem Vinspec gelöst. Die geforderte Anlagenleistung beträgt ca. 22 Teile pro Minute. Alle optischen Prüfungen werden mit hochauflösenden CCD-Matrix-Kameras in fünf getrennten Prüfpositionen während kontinuierlicher Drehung der Teile um ihre Längsachse durchgeführt. Im einzelnen sind dies: Prüfung von Sitzbereich, Tellerrand und Hohlkehle. Zur Prüfung des Sitzbereichs wird in der ersten Prüfstation eine Kamera mit speziell angepasster LED-Auflicht-Blitzbeleuchtung in angepasster Ausrichtung zum Sitzwinkel eingesetzt. Die Anordnung ist auf einer Linearpositioniereinheit montiert, um bei Typenwechsel eine einfache Anpassung der Sensorik an unterschiedliche Ventilsitzdurchmesser zu gewährleisten. Das von der Kamera erfasste Bildfeld beträgt circa 25 x 19 Millimeter bei einer Bildpunktauflösung von circa 0,03 Millimeter. Während der kontinuierlichen Drehung des Prüflings werden circa 17 Bildaufnahmen mit überlappenden Bildfeldern aufgenommen. Die Bildaufnahmen erfolgen im Blitzmodus, um Bewegungsunschärfen aus der Drehbewegung zu eliminieren. Die einzelnen Prüfbereiche wie Sitz, Tellerrand und Hohlkehle werden aus jedem einzelnen Bild separiert und auf Inhomogenitäten hin geprüft. Bei der gewählten Bildfeldgröße kann dank der aufgabenspezifisch konzipierten Beleuchtung auch der an die Sitzfläche angrenzende Bereich der Hohlkehle auf signifikante Inhomogenitäten hin geprüft werden. Des weiteren wird die Sitz- und Randbreite an mehreren Stellen des Umfangs vermessen.
Prüfung des Schaftes
Zur Prüfung des Schaftbereichs werden drei Kameras in radialer Anordnung auf den Schaft ausgerichtet.
Die einzelnen Bildfelder von jeweils circa 40 x 30 Millimeter erfassen zusammen die gesamte Schaftlänge von maximal 110 Millimeter. Die Bildpunktauflösung beträgt jeweils circa 0,05 Millimeter.
Die Prüfung erfolgt während zwei kompletten Umdrehungen des Prüflings, wobei die Ausleuchtung des Inspektionsbereiches an drei Stationen durch jeweils zwei spezielle LED-Blitzbeleuchtungen erfolgt.
Durch an die Aufgabenstellung angepasste Beleuchtungen werden sowohl topologische Fehlstellen wie Schlagstellen als auch Prozessfehler wie Schwarzstellen oder Schlifffehler innerhalb der vorgegebenen Toleranzgrenzen reproduzierbar erkannt.
Prüfung der Tellerfläche
Zur Prüfung der Tellerfläche wird eine weitere Kamera mit einem Bildfeld von circa 46 x 46 Millimeter entsprechend einer Bildpunktauflösung von circa 0,08 Millimeter axial auf die Tellerfläche ausgerichtet. Die Ausleuchtung des Inspektionsbereiches erfolgt durch eine angepasste ringförmige LED-Beleuchtung. Neben der Vermessung der Kalotte werden auf der Tellerfläche topologische Fehler wie Schlagstellen innerhalb der geforderten Toleranzen detektiert.
Prüfung der Spiegelfläche
Zur Prüfung der Spiegelfläche am Schaftende wird eine weitere Kamera mit einem Bildfeld von circa 10 x 13 Millimeter entsprechend einer Bildpunktauflösung von circa 0,02 mm an der vierten Prüfstation axial auf das Schaftende ausgerichtet. Die Ausleuchtung erfolgt analog zur Tellerflächenprüfung durch eine ringförmige LED-Beleuchtung. Die Bildaufnahme kann wahlweise entweder bei Teilestillstand oder während der Drehung ausgelöst werden. Es können gegebenenfalls mehrere Bildaufnahmen bei unterschiedlichen Beleuchtungswinkeln aufgenommen werden.
Inspektionsablauf
Zu Beginn einer neuen Prüfcharge wird über die Tastatur des Vinspec-Rechners der zu prüfende Ventiltyp aus einer Liste ausgewählt und der Automatikmodus gestartet. Sobald ein Prüfteil in einer Prüfposition positioniert ist, startet die Anlagensteuerung automatisch den beschriebenen Prüfablauf während der kontinuierlichen Drehung der Ventile. Die Auswertung der Bildfolgen erfolgt im Vinspec-Bildverarbeitungsrechner mit kontrastbasierten Algorithmen innerhalb des Produktionstaktes. Alle Bildaufnahmen werden dabei innerhalb der Drehzeit von etwa 1,5 Sekunden handlingssynchron ausgelöst.
Nach Abschluss aller Einzelprüfungen übermittelt der Vinspec-Rechner das Prüfergebnis gemäß der Klassen IO, Nacharbeit (16 unterschiedliche Fehlerklassen) oder NIO an die Anlagensteuerung. Auf dem Monitor der Rechnereinheit werden das Gesamtprüfergebnis oder die Einzelergebnisse angezeigt, wobei detektierte Fehler beziehungsweise Toleranzüberschreitungen farblich hervorgehoben werden.
Ein ausführliches Protokoll mit den notwendigen Prüfdaten kann am Bildschirm angezeigt und/oder am Chargenende gespeichert und ausgedruckt oder zur statistischen Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt werden.
Weitere Informationen A QE 415
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