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Zielmarke 0 ppm

Bildverarbeitung sorgt bei Köhler für Sicherheit durch Qualitätsnachweis
Zielmarke 0 ppm

Perfekte Präzisionsbauteile mit minimalen Fehlerraten garantiert Bearbeitungstechnik Köhler dank der fortschrittlichen Qualitätskontrolle mit der vollautomatischen Robocheck 950 Prüfanlage mit dem Trevista-Bildverarbeitungssystem. Außerdem werden dadurch die Fertigungsprozesse hinsichtlich Durchsatz und Qualität optimiert.

Die Kundenanforderungen der Automobilzulieferer im Bereich der Automobilindustrie steigen rasant und die Qualitätskontrolle muss immer komplexere Aufgaben mit höchster Zuverlässigkeit erfüllen. Produktionsstopps durch fehlerhafte Bauteile oder gar Rückrufaktionen in der Automobilindustrie sind das Horror-Szenario nicht nur in dieser Branche. Da werden Verantwortlichkeiten und Kosten mit all ihren Konsequenzen schnell nach unten durchgereicht. Dokumentierte Qualität mit nahezu 0 ppm ist daher ein unabdingbarer Erfüllungsfaktor.

Ist das nun ein Lunker, eine Verschmutzung oder eine optische Täuschung? Ein Lunker kann sehr klein sein, flach oder tief sein, runde, ovale oder ausgefranste Form aufweisen. Es kann aber auch ein Materialeinschluss sein. Für ein sicherheitsrelevantes Bauteil ist das auf jeden Fall ein Hinweis auf eine mögliche Schwachstelle in der Festigkeit oder Dichtigkeit eines mit Präzision bearbeiteten Gussteiles. Ist ein Partikel auf der Oberfläche nun eine relevante Verschmutzung oder nur ein optische Täuschung. Ein Spanrest im Gewinde oder in einem Bohrloch mit normierter Passung kann zum Stopp in der weiteren automatisierten Montage führen. Fertig bearbeitete Präzisionsbauteile sind ein Kapital und ein erhöhter Anteil von sogenannten Pseudofehlern wie beispielsweise kleine Tropfen eines Schmiermittels würden ebenfalls unnötige Kosten verursachen.
„Werden beim Kunden Fehler oder vermutliche Fehler festgestellt, dann nageln sie dich erst mal sprichwörtlich an die Wand. Da bist du erst mal in der Nachweispflicht und die Kosten werden sofort belastet. Wenn die Lieferung weltweit erfolgt, dann ist schnell erkennbar welche gravierenden Auswirkungen das für uns bedeuten kann“, sagt Ralf Fuchs, Fertigungsleiter Köhler in Königsbach-Stein.
Als Spezialist in der Fertigung großer Chargen von Präzisionsbauteilen ist es für das Unternehmen von größter Bedeutung, dass man in der Lage ist, die hundertprozentige Produktqualität in dokumentierter Weise absolut sicher nachzuweisen.
Vom Nockenwellen-Lagerdeckel aus Aluminiumguss werden pro Tag 14 500 Teile an 250 Tagen im Dreischichtbetrieb gefertigt. Das sind über 3,6 Millionen Bauteile im Jahr. Um sich vom globalen Wettbewerb abzuheben, hat man das Know-how einer Gussriegel-Fertigung entwickelt. Mit einem speziellen Werkzeug aus 18 Trennscheiben wird der Teileriegel gleichzeitig präzise getrennt und anschließend der weiteren Präzisionsfertigung unterzogen. Die Löcher für die H7 Passschrauben und die Oberfläche der Lagerschale muss perfekt bearbeitet und in einwandfreier Beschaffenheit gegeben sein. Das erfordert eine vielfältig durchdachte Kombination verschiedener Fertigungs- und Prüfverfahren.
Die Oberflächenprüfung stellt die größte Herausforderung dar
Die Maßhaltigkeit, Formhaltigkeit und homogene Materialstruktur muss garantiert sein. Die außerordentliche Herausforderung in der Prüfung dieser Produkte liegt in der exakten Kontrolle der Materialoberflächen. Dazu kommt die Bewältigung der hohen Stückzahlen. Die Schwankungen in der optischen Betrachtung von matter bis glänzender Oberfläche und der notwendigen eindeutigen Detektion in der Oberflächenbeschaffenheit sind die größte Herausforderung für die Bildverarbeitung. Mit üblichen Bildverarbeitungssystemen und konventioneller Beleuchtungstechnik ist das nicht zu analysieren und hinzu käme der negative Nebeneffekt von erhöhtem Pseudoausschuss.
Mit dem Kern der Anforderungen sah man sich am Markt der Anbieter von Bildverarbeitung um. Der Lösungsansatz von Vester Elektronik überzeugte in seinen Möglichkeiten und die Machbarkeitsstudie im Laborversuch lieferte eindeutige Ergebnisse für die Entscheidungsträger der Firma Köhler. Auf Grund der sicheren Arbeitsweise konnten sogar in der endgültigen Applikationslösung weitere Anforderungen integriert werden.
Perfekte Detektion mit Trevista
Mit der Integration des Bildverarbeitungssystems Trevista in die Prüfzellen der Produktfamilie Robocheck 950 von Vester Elektronik wird der Anwendungsbereich dieser kompletten Systemlösung erheblich ausgedehnt. Das Bildverarbeitungssystem ist speziell für besonders anspruchsvolle 3D-Oberflächen-Prüfaufgaben von der Firma OBE entwickelt worden. Die Abteilung Bildverarbeitung dieses Unternehmens wurde Anfang 2013 in die SAC GmbH integriert, an dem die beiden Geschäftsführer der Vester Elektronik als Gesellschafter beteiligt sind.
Mit Trevista, bestehend aus speziell strukturiert angesteuerter LED-Dombeleuchtung und besonderen Bildverarbeitungsalgorithmen, können funktionsrelevante Lage- und Größenbeschreibungen (Topografie) von Oberflächen-Beschädigungen eines Bauteiles im µm-Bereich extrem genau lokalisiert und plastisch dargestellt werden. Aus Kontur, Schattierung und Helligkeitswerten werden die Informationen über die Form von Defekten generiert. Vom zu prüfenden Bauteil werden mittels der strukturierten LED-Dombeleuchtung im blitzschnellen Wechsel vier Bilder erfasst.
Aus der Schattierung kann die Form des Objektes errechnet werden. Aus den dabei generierten richtungsabhängigen Neigungsbildern in x- und y-Richtung wird extrem schnell das Krümmungsbild erstellt. Die topografischen Ergebnisbilder werden ergänzt durch eine Texturansicht, welche die Helligkeitswerte der Oberfläche wiedergibt. Mit den unterschiedlichen Ergebnisbildern und deren Überlagerung wird ein Maximum an Information über die Oberflächenbeschaffenheit eines Bauteiles generiert, bis hin zu einer detailreichen topografischen Ansicht der Mikrodefekte.
Komplettanlage aus einer Hand
Durch diese Technologie der 3D-Bildverarbeitung konnten die Anforderungen an die Qualitätskontrolle der Nockenwellen-Lagerdeckel mit extrem hoher Sicherheit erfüllt werden. Der Robocheck 950 mit dem integrierten Trevista-System ist eine komplette Qualitäts-Prüfanlage aus einer Hand, einem Ansprechpartner und einer Verantwortlichkeit. Das war ein wichtiger Faktor für den Automobilzulieferer Köhler.
In den Prüfablauf integriert sind ein Schwingförderer und die lineare Zuführung der einzelnen Teile zur Aufnahme durch den Knickarmroboter. Dieser transportiert sehr schnell das einzelne Prüfteil vor die spezielle Dombeleuchtung mit dahinter befindlicher CCD-Kamera.
Jedes Teil wird dabei schnell in fünf aufeinander folgenden verschiedenen Positionen vor die strukturierte Dombeleuchtung gehalten und dabei werden jeweils vier Bilder blitzschnell erstellt und in ihrer Überlagerung ausgewertet. Alle spanend bearbeiteten Oberflächen werden auf Vollständigkeit der Bearbeitung und auf Lunker/Oberflächenfehler kontrolliert, einschließlich einer Oberflächenkontrolle der Lagerschale, Maßhaltigkeit des Bauteiles sowie der Bohrungen und deren Vorhandensein. Ein Durchrutschen von unvollständig bearbeiteten Teilen ist damit ausgeschlossen. Mit der kompletten Qualitätskontrolle in einer Taktrate von rund 5 s ist die Anlage dazu ausgelegt mehr als die tägliche Produktion von rund 14500 Teilen vollautomatisch zu gewährleisten.
Das Trevista-System erwies sich als Grundvoraussetzung um die Fehler mit höchster Sicherheit zu erkennen. Dadurch konnte man die Fehlerquote in den Bereich weniger ppm verschieben. Nach der Kontrolle werden die NIO-Teile ausgesondert und die IO-Teile in einer Transportbox exakt gestapelt.
Das Ausschleusen von scheinbar fehlerhaften Teilen – Pseudoausschuss – ist bei den hohen Stückzahlen ein deutlich spürbarer Kostenfaktor. Deshalb ist man auch glücklich darüber, dass man diesen negativen Effekt, durch den Einsatz von Trevista auf ein Minimum von etwa 0,5 % reduzieren konnte.
Außerdem erwiesen sich die Ergebnisse der Qualitätskontrolle als wichtige Information um die Fertigungsprozesse dieses Bauteiles weiter zu optimieren und erübrigt manuelle Sichtprüfungen.
Fuchs: „Durch die neue Prüfstation Robocheck 950 und dessen dokumentierten Qualitätsnachweis können wir ruhiger Schlafen und für die Mitarbeiter ist das eine psychische Entlastung. Hinzu kommt dass man seinen Kunden gegenüber ein gesteigertes Qualitätsimage präsentieren kann.“
Aufgrund der positiven ersten Erfahrungen mit dieser besonderen Bildverarbeitung in einer kompletten Systemlösung ist man bei Köhler bereits in Überlegungen von weiteren Anwendungen. Schließlich könnte man damit beispielsweise auch die Mantelflächen von sicherheitsrelevanten Präzisionsbauteilen zu 100% kontrollieren. Bei einer Größenordnung von jährlich 10 Millionen gefertigten Bauteilen ist weiterer Bedarf absehbar und rund 50 % der verschiedenen Bauteiltypen könnten ebenfalls mit der Trevista-Bildverarbeitung kontrolliert werden. ■
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