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Bild: aarrows, iStock.com
Kamerasysteme

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Wenn es auf Mikrometer ankommt

Text: Peter Stiefenhöfer, Stemmer Imaging
Blechteile, die im Automobilbau zum Einsatz kommen, müssen besondere Qualitätsanforderungen erfüllen – und rückverfolgbar sein. Mit Hilfe eines Kamerasystems lassen sich geringste Abweichungen der Bauteile von zugehörigen CAD-Zeichnungen feststellen.

Blechverarbeitungsverfahren wie Laserschneiden, Stanzen oder Umformen, diverse Oberflächenbehandlungen sowie die Fertigung und Montage kompletter Baugruppen umreißen das Portfolio der bayerischen Sturm-Gruppe. Zu den Kunden des Lohnfertigers in der Blechverarbeitung zählen Automobilhersteller wie BMW, VW/Audi, Renault und Land Rover oder auch Anlagenbauer wie Buderus und Siemens. In diesem Umfeld ist eine durchgängige Qualitätssicherung und lückenlose Teilerückverfolgbarkeit Voraussetzung. Bei Tausenden von Werkstücken pro Jahr erfordert das eine automatisierte Lösung.

Dazu entwickelte die hausinterne Bildverarbeitungsabteilung von Sturm eine Anlage zur Qualitätsprüfung. Die „IQS Parts Metrology“ vermisst fertige Blechteile auf 200 µm genau, indem sie mittels einer ausgeklügelten Bildverarbeitungsapplikation die aufgenommenen Bilder der Bauteile mit der jeweils zugehörigen CAD-Zeichnung vergleicht.

Blechteil mit CAD-Daten

Über ein Förderband durchläuft dabei ein Teil nach dem anderen die optische Inspektionseinrichtung. Am Ende des Bandes sieht der Bediener am Monitor ein Abbild des aufgenommenen Werkstücks samt farbig gekennzeichneten Abweichungen zur CAD-Zeichnung. Werden die Toleranzen aller Konturen eingehalten, so wird dies über eine grüne Markierung angezeigt und automatisch ein Label zum Aufkleben auf das geprüfte Teil ausgedruckt. Andernfalls wird das Teil ausgeschleust. Die Dauer pro Durchlauf liegt vom Auflegen bis zur Entnahme bei rund 25 Sekunden - per Hand nicht darstellbar.

Das Inspektionssystem ist eine Eigenentwicklung von Sturm. In rund zehn Monaten wurde die Anlage speziell auf die Anforderungen der Blechbearbeitung zugeschnitten. Bei der Wahl der eingesetzten Bildverarbeitungskomponenten beriet der Spezialist Stemmer Imaging. Herzstück der Bildverarbeitungslösung sind acht 18-kHz-Zeilenkameras vom Typ Spyder3 von Teledyne DALSA mit jeweils 4k-Auflösung, die in Linie aneinanderreiht sind. Dr. Wolfgang Ullrich, Leiter der Business Unit Vision Technologies von Sturm: „Wir verwenden allerdings jeweils nur die mittlere 2k-Auflösung jeder Kamera, rechnen diese zusammen und erhalten so eine Linie mit 16k, beziehungsweise letztendlich eine optische Auflösung von 110 µm/Pixel. Dadurch ersparen wir uns telezentrische Objektive.“

Die verwendeten Kameras kommunizieren über die Schnittstelle GigE-Vision, beleuchtet wird mit einem LED-Modul, das von Sturm speziell für diese Anlage entwickelt wurde. Die Kamerahalterungen sind höhenverstellbar, um die Fokussierung auf die jeweilige Blechdicke automatisch anpassen zu können. Damit wird sichergestellt, dass ein Pixel der Bildaufnahme jeweils genau 110 µm des Teiles abdeckt.

Identifikation durch Codeleser

Die zu prüfenden Teile sind entweder mit einer Lasergravur oder einem Datamatrix-Code gekennzeichnet. Diese werden am Beginn der Förderstrecke von einem Cognex Codelese-Komplettsystem erfasst. Ein Positionslaser unterstützt das Lesesystem beim Zentrieren auf das Teil. Das System erkennt auf diese Weise, welches Prüfobjekt sich gerade auf dem Band befindet, und sucht in der Sturm-Datenbank nach der zugehörigen CAD-Datei als Vergleichsmuster. Um die im DXF-Format vorliegenden CAD-Dateien in ein für die Bildverarbeitung kompatibles TIFF-Format zu bringen, entwickelte Sturm einen eigenen DXF-Konverter, weil es keine passende Lösung auf dem Markt gab. Die Software vergleicht die Pixel des aufgenommenen Bildes mit jenen der umgerechneten CAD-Zeichnung. Dr. Wolfgang Ullrich erklärt: „Deshalb spielt es keine Rolle, in welcher Orientierung das Teil auf dem Band liegt – das Programm kann zwischen Transportband und Blechteil unterscheiden.“ Das Ergebnis der aufwendigen Rechenoperation stellt das System dann am Display farbig dar.

Das neue Inspektionssystem ist zudem Bestandteil eines durchgehend digitalisierten Fertigungsprozesses: Der Kunde ordert seine Teile elektronisch via Direktanbindung an den Sturm-Server, wo Bestellungen automatisch in Produktionsaufträge umgewandelt werden. Nach der Fertigung erfolgt die beschriebene Teilekontrolle, die Dokumentationserstellung, der Ausdruck der Labels und letztendlich die digitale Archivierung aller Daten. Ganz trivial war die Aufgabenstellung nicht, gibt Wolfgang Ullrich zu: „Mitentscheidend für den Erfolg einer derart integrierten Lösung ist die optimale Hardware, die wir von unserem langjährigen Partner Stemmer Imaging bezogen haben.“ Ebenso wichtig ist für Ullrich jedoch ein kompetenter Service, den Stemmer Imaging ebenfalls lieferte.

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