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Sofortige Fehlererkennung

Qualitätskontrolle durch optoelektronische Sensorsysteme
Sofortige Fehlererkennung

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Die stetig steigenden Qualitätsansprüche werden durch technologisch optimierte Fertigungsprozesse der Zulieferindustrie oft eingehalten. Probleme entstehen lediglich durch Kontrollücken im Fertigungsprozeß. Prüfprozesse, die dieses Sicherheitsloch beheben, treiben die Prüfkosten bisher in unwirtschaftlich hohe Regionen. Andererseits wird durch den Einsatz von konventionalen Prüfsystemen am Ende der Fertigungskette die Qualität des Produktes garantiert, ein systematischer Fehler am Anfang der Fertigungskette jedoch bis zum Ende verschleppt. Abhilfe können hier intelligente Sensorsysteme schaffen, die die konventionellen Prüfmethoden ablösen.

Kai Uwe Fuchs, FUCHS engineering, Neuenstein

Intelligente Sensorsysteme werden direkt im Fertigungsprozeß eingesetzt, so daß ein Fehler einer Bearbeitungsstation sofort festgestellt wird. Das Leistungsspektrum des nachfolgenden Beispiels beinhaltet sowohl die Ingenieurleistung rund um die Projektierung und um das Auslegen der Sensoranlagen als auch die Bereitstellung der Komplettanlage und Integration in die Fertigung.
Das zu überprüfende Fertigungssegment produziert Getriebeeingangsräder für die Automobilindustrie. Diese Stahl-Räder besitzen zwölf Bohrungen, die beidseitig eine Phase erhalten. Diese Bohrungen werden auf einem Bohrwerk in einem Arbeitsgang gefertigt und einseitig mit einer Phase versehen. Anschließend wird in einem zweiten Arbeitsgang die rückseitige Phase angebracht. Es folgt die Qualitätsprüfung aller Bohrungen. Dabei werden die Bohrungen mit einer Positioniergenauigkeit von ± 2 mm bereitgestellt, was dazu führt, daß die Meßposition im Bild nachgeführt werden muß. Nach dem Bohren werden die Räder in einer Waschbox von großen Spänen gereinigt. Dadurch können Emulsionstropfen an den Bohrungswandungen haften, die aber das Meßergebnis nicht beeinflußen dürfen.
Alternativmethoden
In diesem Projekt wurde eine Lösung mit mechanischen Sensoren schnell verworfen. Zu groß wäre der Verschleiß durch das taktile Antasten gewesen, abgesehen von den Kosten für eine exakte Positionierung, die die taktile Meßtechnik unbedingt erfordert hätte. Die Wahl fiel somit auf ein berührungslos tastendes optisches Meßsystem.
Ein herkömmliches Bildverarbeitungssystem mit Kamera sowie ein PC zur Auswertung wäre in diesem Fall wirtschaftlich nicht tragbar gewesen, da es sich um keine Endkontrolle handelt. Somit fiel die Entscheidung auf ein optoelektronisches Sensorsystem.
Prüfanlage mit optoelektronischem Sensorsystem
Bei diesen Sensorsystemen wird im Gegensatz zu den herkömmlichen Bildverarbeitungssystemen kein teurer PC verwendet. Die Auswerteelektronik sitzt unmittelbar auf dem Sensorkopf und beinhaltet die gesamte Auswertelogik auf nichtflüchtigem Flash-Speicher.
Die Kommunikation mit der Aussenwelt wird über integrierte digitale Ein-/Ausgänge direkt mit der SPS aufgebaut.
Der Aufbau der Prüfanlage gestattet, daß ein Sensor den Durchmesser der Bohrung sowie eine Senkung prüft. Die rückseitige Senkung analysiert ein weiterer Sensor. Jede einzelne Bohrung wird an dem Prüffenster der Sensoren vorbeigetaktet. Somit können alle Bohrungen mit optimaler Genauigkeit vermessen werden.
Zur Beleuchtung dieser Szene wurde eine spezielle Kombination aus Auflicht- und Durchlichtbeleuchtung entwickelt, die sehr robust gegen die Randbedingungen standhält.
Bildauswertung
Das Bildauswerteverfahren wurde durch je 32 Meßstrahlen im Bild realisiert. Jeder Meßstrahl tastet im Bild berührungslos die gesuchten Bohrungspunkte an. Die gefundenen Bohrungspunkte werden zu einem Best Fit Kreis zusammengefaßt. Alle Ausreiser, die durch feine Emulsionstropfen oder sonstige Rückstände wie Späne herrühren, werden durch dieses Verfahren eliminiert. Eine Option ermöglicht die Bestimmung der Rundheit der Bohrung.
Die Prüfzelle wurde gegen starkes Fremdlicht abgesichert. Normale Helligkeitsschwankungen kompensiert das intelligente Sensorsystem. Die ereichte Meßgenauigkeit bei dieser Anordnung beträgt ± 20 µm, welche der geforderten Prüfaufgabe gerecht wird.
Insgesamt zeigt das System durch seinen robusten und kompakten Aufbau eine sehr gute Industrietauglichkeit und erschließt damit neue Märkte, insbesondere in der Montage- und Fertigungskontrolle.
Weitere Informationen A QE 402
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