Bildverarbeitungssysteme für den smarten Retrofit

Mit hoher Taktfrequenz steckt das Fügewerkzeug einer vollautomatisierten Montageanlage O-Ringe auf Hülsen. Für den mittelständischen Teilelieferant gilt eine strikte Null-Fehler-Toleranz: Der in kurzer Entfernung zum Prozess angebrachte Vision-Sensor CS-52 stellt sicher, dass ausschließlich Hülsen mit vorhandenem und intaktem Dichtungsring die nachfolgende Prozessstation erreichen. Mit einer kurzen Brennweite von 3,6 mm detektiert der kleine Sensor Fehler zuverlässig und erteilt der Steuerung den Befehl, NIO-Bauteile auszuschleusen.

Soweit nichts Außergewöhnliches, wäre die Montageanlage im Kern nicht 30 Jahre alt. Ein Retrofit hat sie erst vor kurzem auf den aktuellen Stand der Technik gebracht. Ressourcenschonend und nachhaltig, mit Kosten unter denen einer Neuanschaffung. Zuverlässiger als je zuvor steht die Anlage dem Wertschöpfungsprozess für weitere Jahre oder gar Jahrzehnte zur Verfügung.

Als die Maschine zu Beginn der Nullerjahre hergestellt wurde, standen Bildverarbeitungslösungen noch nicht im Fokus: Zu groß, zu langsam und zu teuer waren die damaligen Systeme. Heute leisten die im Rahmen von Retrofits einfach nachrüstbaren Vision-Lösungen von di-soric einen wesentlichen Beitrag zur Steigerung der Anlagenproduktivität.

Retrofits liegen im Trend

Ein Retrofit bezeichnet den Prozess der technischen Aktualisierung, Modernisierung und Verbesserung bestehender Maschinen und Anlagen. Die Auslöser sind vielfältig: Elektroinstallation, Steuerungs- oder Automatisierungstechnik entsprechen nicht mehr aktuellen Standards. Systeme werden abgekündigt, Ersatzteile oder Komponenten sind nicht mehr lieferbar. Hinzu kommen höhere Ansprüche an die Anlagenbedienbarkeit und Sicherheit. Anlässe für Anlagenbetreiber, zukunftsweisende Entscheidungen zu treffen.

Ein Retrofit setzt eine umfassende Ist-Analyse voraus, auf deren Grundlage störanfällige und veraltete Komponenten ausgetauscht, neue Steuerungs-, Automatisierungs- und Sicherheitstechnik implementiert und Systeme an veränderte Anforderungen angepasst werden. Ziele sind ein Plus an Funktionalität, Flexibilität, Effizienz sowie reduzierte Energie- und Betriebskosten. Am Ende eines Retrofits muss die überarbeitete Anlage aktuelle Anforderungen an moderne Automatisierungs-, Safety-, Security- und Digitalisierungskonzepte sowie geltende gesetzliche Normen und Richtlinien erfüllen.

Moderne Retrofit-Projekte berücksichtigen zunehmend auch Anforderungen an Cybersecurity und die langfristige Wartbarkeit digitaler Komponenten. Mit dem Cyber Resilience Act (CRA) werden Hersteller von Produkten mit digitalen Elementen verpflichtet, Sicherheitsupdates bereitzustellen und Schwachstellen über einen definierten Supportzeitraum zu behandeln. Für Betreiber langlebiger Maschinen gewinnt damit die Auswahl langfristig unterstützter Komponenten zusätzlich an Bedeutung.

Direkt am Werkzeug oder in beengten Prüfständen

Die in ihrer Bauform identischen Vision-Sensor CS-52 und Code Reader ID-520 zählen zu den kleinsten und leichtesten Geräten am Markt (25 mm x 45 mm x 53,7 mm). Mit einer Auflösung von 3,2 Megapixel und einer Brennweite ab 3,6 mm sind extrem kurze Arbeitsabstände möglich. Mit ihrer hohen Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und Vielseitigkeit empfehlen sich beide Sensortypen branchenübergreifend für Anwendungen, die bislang wenig oder keinen Raum für Bildverarbeitungslösungen boten. In Verbindung mit der ohne Programmierkenntnisse anwendbaren Bediensoftware nVision-i bietet der Vison-Sensor CS-52 zu vergleichsweise günstigen Kosten ein Leistungsniveau, das mit weit teureren Smart-Kameras mithalten kann.

Ortswechsel: Die Fertigung von Batteriemodulen erfolgt heute weitgehend vollautomatisch. Ein am Schraubwerkzeug des Roboters montierter Vision-Sensor CS-52 optimiert den Montageprozess (vgl. Bild 2). Er erfasst sowohl den Arbeitsraum, die Schraube und das Bohrloch. Während die Schraube zugeführt wird, erkennt der Sensor die exakte Lage des Schraublochs und übermittelt den berechneten Wert an den Roboter zur optimalen Positionierung des Schraubers. Die kompakte Bauform des CS-52 und der in Richtung Flansch geführte Kabelabgang machen eine besonders platzsparende Integration direkt am Werkzeug möglich und gewährleisten höchste Positioniergenauigkeit. Der mobil am Werkzeug geführte CS-52 leistet Lokalisierungs-, Erkennungs- Zähl- und Messaufgaben in einem Gerät, zusätzliche Prüf- und Messstationen entfallen.

Mit vertretbarem Zeit- und Kostenaufwand lassen sich die am Beispiel der Batteriemontage dargestellten Benefits spiegelbildlich im Rahmen von Retrofits realisieren. So insbesondere bei in die Jahre gekommenen Elektronik-, Steckverbinder- und Clip-Montageanlagen. Aufgrund seiner kompakten Abmessungen kommt der Vision-Sensor CS-52 bevorzugt in kleinen Prüf- und Testständen zum Einsatz, die bislang nicht einmal ansatzweise an bildverarbeitende Lösungen denken ließen.

Integrationsfähigkeit ist entscheidend

Viele Bestandsanlagen arbeiten heute noch mit klassischen 1D-Barcodes und deshalb mit Laser- oder Liniencodelesern. Gleichzeitig entwickelt sich der Markt in Richtung 2D-Codes: GS1 Sunrise 2027 ist eine globale Initiative der Standardisierungsorganisation GS1, die den Übergang von klassischen 1D-Strichcodes (wie UPC/EAN) zu modernen 2D-Barcodes (wie QR-Codes mit GS1 Digital Link oder DataMatrix-Codes) im Einzelhandel festlegt. Ziel ist, dass Handels- und Industriesysteme 2D-Codes flächendeckend verarbeiten können, während 1D- und 2D-Codes zunächst parallel im Einsatz bleiben.

Für Maschinenbauer und Anlagenbetreiber entsteht daraus ein typischer Retrofit-Anwendungsfall. Bestehende Verpackungs-, Kennzeichnungs- und Montageanlagen verfügen häufig über kompakte 1D-Leser, die mechanisch exakt in den vorhandenen Bauraum integriert sind. Soll künftig zusätzlich ein 2D-Code gelesen oder verifiziert werden, reicht diese Technik häufig nicht mehr aus. Kamerabasierte Code-Reader ermöglichen dagegen das Lesen von 1D- und 2D-Codes sowie, je nach Anwendung, weitere Bildverarbeitungsaufgaben wie OCR oder Positionsbestimmung in einem Gerät.

Gerade bei Retrofits entscheidet deshalb nicht nur die Leseleistung, sondern vor allem die Integrationsfähigkeit. Eine kompakte Bauform und sehr kurze Arbeitsabstände ermöglichen den Austausch bestehender 1D-Leser oder die Nachrüstung zusätzlicher Identifikationsfunktionen, ohne den mechanischen Aufbau der Maschine grundlegend zu verändern.

Etikettieren, lesen und kontrollieren in einem Schritt

Noch vor kurzem waren das Anbringen und Erfassen von Etiketten in einer Verpackungsanlage zwei getrennte Prozesse. Im Zuge des Retrofit wurde unter anderem. eine höhere Verfahrgeschwindigkeit, mehr Flexibilität sowie eine Optimierung der Anlagenproduktivität realisiert. Heute erfolgt das Etikettieren, Lesen und Prüfen in einem Schritt: Unmittelbar nach dem Etikettiervorgang und noch während das Werkzeug in seine Ausgangsposition zurückfährt, liest und prüft der am Etikettierarm angebrachte ID-Reader ID-520 den Code und teilt das Ergebnis der Steuerung mit. Aufgrund seiner kompakten Bauform und kurzen Brennweite liest der ID-520-Codes selbst bei geringem Abstand zuverlässig und stellt stabile Code-Erfassung ohne weitere Prüfstationen sicher.

Stehen im Unternehmen Retrofits an, empfiehlt sich eine fachlich kompetente Analyse, welchen Part leistungsfähige Bild-, Text- und Zeichenerkennungssysteme bei der Aufbereitung von Bestandsanlagen spielen können. Mit dem Einsatz entsprechender Vision-Lösungen lassen sich Fehlerquoten minimieren, Anlagenstillstände verringern und damit die Anlagenzuverlässigkeit erhöhen. Darüber hinaus stellen Anwender mit dem Einsatz von Codelesern eine lückenlose Qualitätssicherung sowie die Rückverfolgbarkeit von Prozessschritten und Produkten sicher. In jedem Fall machen leistungsfähige Bildverarbeitungssysteme im Zuge von Retrofits Prozesse produktiverer, flexibler und transparenter. Sie tragen dazu bei, dass derart optimierte Anlagen dem Fertigungsprozess für viele weitere Jahre zur Verfügung stehen.