Automatische Sichtprüfung von Druckgussteilen

Zwei 3D-Kameras sehen mehr als eine

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Eine kameragestützte Bildverarbeitungslösung des Systemhauses Visiontools reduziert Fehler bei der Kontrolle von Druckgussteilen auf ein Minimum. Der Stillstand der Druckgussmaschinen kann fast vollständig vermieden werden. Das System erfasst mit Hilfe einer Ensenso 3D Kamera die Bauteilgeometrie jedes einzelnen Gussteils und prüft dessen Beschaffenheit und Vollständigkeit.

Das Gewicht ist bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor ein entscheidender Faktor für den Kraftstoffverbrauch und damit auch den Ausstoß umweltschädlicher Abgase. Bei Fahrzeugen mit alternativem Antrieb wiederum hilft Leichtbau, das Gewicht von Elektromotoren, Batterien und weiteren Komponenten auszugleichen. Eine Lösung dafür sind Druckgussteile aus Aluminium- und Magnesiumlegierungen: Sie haben ein geringes Eigengewicht, lassen sich komplex formen und können kostengünstig erzeugt werden. Typische Druckgussteile aus diesen Metallen sind Motorkomponenten, Getriebegehäuse, Fahrwerksteile und Heckklappenrahmen.

Für eine gleichbleibend hohe Qualität der Gussstücke sorgen eingebaute Prüfsysteme, die jedes Teil auf Vollständigkeit kontrollieren, um spätere Funktionsstörungen oder Folgekosten zu vermeiden. Gleichzeitig kann so sichergestellt werden, dass das Herstellungswerkzeug nach der Entnahme komplett entleert ist und beim nächsten Befüllen nicht aufgrund von Restmaterial und dem hohen Pressdruck zerstört wird. Meist wurde die Prüfung der Bauteilgeometrie bisher mit mehreren Lichtschranken, Reflektionslichttastern oder induktiven Sensoren durchgeführt.

Durch den geringen Abstand dieser Sensorik zum Gussstück bestand neben einer hohen thermischen Belastung durch Hitze auch die Gefahr der Kollision mit dem Werkstück. Darüber hinaus war bei jedem Typen- oder Werkzeugwechsel an der Druckgussmaschine im Regelfall auch die Neuausrichtung oder Erweiterung der Sensorik nötig.

Abhilfe schafft ein automatisches Sichtprüfsystem mit integrierter Bildverarbeitung von Visiontools, einem Systemhaus für industrielle Bildverarbeitung mit Sitz in Waghäusel. Direkt in der Fertigungslinie ermöglicht es die berührungslose Erfassung der Bauteilgeometrie eines Gussstückes aus sicherer Entfernung. Mithilfe einer Ensenso N35 3D Kamera von IDS kontrolliert es die korrekte Beschaffenheit und Vollständigkeit aller Angüsse, Gießbohnen, -läufe, -kanäle oder Speiser. Die Auswertung erfolgt anschließend mit der Bildanalysesoftware Visiontools V60. Je nach Bauteilgröße und Position sind mehrere Bildaufnahmen notwendig, um sämtliche Bohnen, Butzen und Angüsse prüfen zu können. Hierzu platziert der Roboter das Bauteil entsprechend vor der 3D Kamera. Die Bildaufnahme und -auswertung dauert pro Bauteilposition zwischen 0,3 und 1,2 s. Die Vorgabe von Typ- und Prüfpositionsnummer erfolgt durch die Maschinensteuerung.

Das System verwaltet eine beliebige Anzahl an Produktvarianten. Die Umsetzung von Typ- und Werkzeugwechseln ist alleine mit Hilfe der Bildverarbeitungssoftware Visiontools V60 und ohne Veränderung der 3D-Kamera möglich. Dafür werden über die Software zuvor einmalig für jedes Bauteil beziehungsweise jede Prüfposition bestimmte Prüfmerkmale festgelegt. Diese werden mit der Aufnahme des aktuellen Gusserzeugnisses abgeglichen. Bei Abweichungen gibt das System eine Fehlermeldung aus. Aufwändige Umrüstungen, eine versehentliche Verstellung der Sensoren oder lange Ausfall- und Stillstandszeiten gehören damit der Vergangenheit an.

Visiontools nutzt eine Ensenso N35 3D-Kamera, um die Gießbohnen in den Aufnahmen vom Hintergrund unterscheidbar zu machen. Verschiedene Werkstücke weisen aber oft unterschiedliche Glanzeigenschaften auf. Diesen Herausforderungen muss die Kamera gewachsen sein. Da die Qualität von Stereo Vision direkt von Lichtverhältnissen und Oberflächenbeschaffenheit (Textur) der zu prüfenden Objekte abhängig ist, sind Ensenso 3D-Kameras aufgrund ihrer Verfahrensweise besonders gut für diese Anwendung geeignet. Denn sie verbessern das klassische Stereo-Vision-Verfahren mit einer speziellen Technik. Alle Ensenso 3D Kameras arbeiten nach dem sogenannten Projected Texture Stereo Vision Verfahren.

Jedes Modell verwendet beim Projected Texture Stereo Vision Verfahren jeweils zwei CMOS-Kameras sowie einen Projektor, der Hilfsstrukturen auf das aufzunehmende Objekt projiziert, in diesem Fall auf die Gussteile, um die Genauigkeit der Oberflächenabbildung zu steigern. Die beiden CMOS-Kameras betrachten das jeweilige Gussteil aus unterschiedlichen Positionen. Obwohl der Bildinhalt beider Kamerabilder identisch scheint, weisen sie Unterschiede in der Lage des betrachteten Objektes, also zum Beispiel der Motorkomponenten oder Fahrwerksteile, auf. Da Abstand und Betrachtungswinkel der Kameras sowie die Brennweite der Optiken bekannt sind, kann die Ensenso-Software diese Abweichungen durch Triangulation in bekannte Längen konvertieren und damit die 3D-Koordination des Objektpunkts für jeden einzelnen Bildpixel bestimmen und zu einer 3D-Punktewolke des zu bearbeitenden Gussteiles zusammenführen. Dadurch werden neben einer höheren Qualität der Tiefeninformation auch präzisere Messergebnisse erzielt.

Flex-View-Technik steigert
die Genauigkeit der Messergebnisse

Die im Modell N35 integrierte Flex-View-Technik steigert die Genauigkeit der Mess-ergebnisse nochmals. Dabei kann die Position der Projektormaske im Lichtstrahl linear in sehr kleinen Schritten verschoben werden. Folglich verschiebt sich die projizierte Textur auf der Objektoberfläche der Szenenobjekte ebenfalls und erzeugt andere Hilfsstrukturen. Mehrere Bildpaare derselben statischen Szene mit unterschiedlichen Texturen aufgenommen, erzeugen eine viel höhere Anzahl von Bildpunkten. Die Auflösung vergrößert sich.

Daneben steigt auch die Robustheit der Daten auf schwierigen Oberflächen, da die verschobenen Musterstrukturen zusätzliche Informationen auf glänzende, dunkle oder spiegelnde Oberflächen aufbringen. Damit entspricht die Ensenso N35 den Anforderungen des Kunden: die Gießbohnen in den Aufnahmen vom Hintergrund unterscheidbar zu machen und die Werkstücke mit ihren oft unterschiedlichen Glanzeigenschaften verlässlich prüfen zu können. ■


Die Autorinnen

Silke von Gemmingen

Sabine Terrasi

Marketing

IDS Imaging

www.ids-imaging.de


Webhinweis

Wie die 3D-Objektverifikation mit einer Ensenso N35 Kamera und der Bildverarbeitungssoftware Halcon von MVTec für Embedded Vision funktioniert, erklärt IDS in diesem Video: http://hier.pro/VpXUV



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