Um Autotüren genau kontrollieren zu können, helfen Lichtschnittsensoren.

Bild: Baumer

Lichtschnittsensoren Oberflächen genau im Blick

24.04.2017

Qualitätskontrolle spielt in Produktionsprozessen eine immer wichtigere Rolle. Geometrien wie Kanten, Breiten, Lücken und Höhen lassen sich mit kalibrierten Lichtschnittsensoren effizient vermessen. Autotüren lassen sich so beispielsweise präzise kontrollieren.

Der moderne Produktionsprozess hat sich in den vergangenen Jahren deutlich gewandelt. Die fortschreitende Digitalisierung und der Trend zu individualisierten Produkten erfordern in der Teileinspektion zunehmend flexible und möglichst automatisierte Prüfverfahren. Hier geht es primär darum festzustellen, ob gewisse Produktionsparameter innerhalb vorgegebener Grenzwerte liegen. Die Inspektion kann dabei sowohl durch die Entnahme der zu kontrollierenden Teile aus dem Produktionsprozess, genannt At-Line oder Off-Line zum Beispiel im Prüflabor, als auch kontinuierlich im Produktionsprozess selbst, also In-Line, erfolgen.

Die Gründe für die Qualitätskontrollen sind vielfältig. Je besser und gleichbleibend die Qualität der produzierten Teile ist, desto weniger Nachbearbeitung wird notwendig und Lieferfristen können termingerecht eingehalten werden. Ausschussmengen und Stillstandszeiten gehen gegen Null und teure Rücksendungen oder Ersatzlieferungen gehören der Vergangenheit an. Kurzum, Kosten werden eingespart. Die Daten aus den Messungen helfen zudem, die Produktionsprozesse kontinuierlich zu verbessern um das Ziel einer Null-Fehler-Produktion so schnell als möglich zu erreichen. Die Qualitätskontrolle umfasst aber nicht nur die Produkte selber, auch das Werkzeug wird kontinuierlich überwacht. Wartungsintervalle können somit vorausschauend geplant
werden.

Bei der Auswahl der Messmethoden steht der Anwender vor einer Fülle an Instrumenten. Diese reichen von individuell konfigurierten Sensorlösungen, über taktile Messmethoden, kompakte Bildverarbeitungssysteme oder 3D-Profilsensoren bis hin zu Industriekameras mit PC-basierten Bildverarbeitungsprogrammen. Alle diese Lösungen liefern Messergebnisse mit hoher Präzision, sind aber mit unterschiedlichem Aufwand und Kosten verbunden.

Sensorkonzepte in der Teileinspektion

Der Kostendruck in der Produktion erfordert zunehmend günstige, einfache und flexible Lösungen, wie die neue Generation der PosCon-Lichtschnittsensoren von Baumer. Die Sensoren bieten komplexe Funktionen, zum Beispiel eine Kanten- oder Höhenmessung. Die Sensoren funktionieren ohne Reflektor. Mit einer sichtbaren Laserline und einer optisch ausgerichteten Achse lassen sie sich schnell in Betrieb nehmen. Da Messfunktionen vordefiniert sind, müssen nach der Installation nur noch wenige Parameter eingestellt werden, ganz ohne externe Software. Ein weiterer Vorteil der Sensoren liegt in der direkten Ausgabe der Messwerte in Millimeter. Die Werte können direkt in der Steuerung weiterverarbeitet werden. Aufgrund der intelligenten Messdatenauswertung lassen sich mit den Sensoren nicht nur Formteile vermessen, Werkzeuge oder Roboter positionieren, sondern auch eine effiziente Check&Sort-Funktionalität auf Basis von Schwellwertvergleichen einrichten.

Der PosCon misst zum Beispiel 3D-Objektkanten, Breiten und Lücken unabhängig von Farbe, Oberflächen und Höhenschlag. Damit eignet er sich unter anderem für den Einsatz in der Materialzuführung oder der Endkontrolle. Die Sensoren können in Relation zur Standardmontage bis zu ±30 Grad in einem beliebigen Winkel geneigt montiert werden. Das bietet Vorteile, wenn die Platzverhältnisse keine andere Montagemöglichkeit zulassen, vor allem, da die Sensoren keinen Reflektor benötigen.

Die Einsatzmöglichkeiten sind vielseitig: Ein Beispiel ist die effiziente Bestimmung von Blechdicken in der In-Line Qualitätskontrolle bei der Materialzuführung. Der Sensor ermöglicht dabei den automatischen Abgleich mit Toleranz-Schwellenwerten, selbst bei schnellen Transportgeschwindigkeiten. Bleche, die den Spezifikationen nicht entsprechen, werden identifiziert und aussortiert. Spezifische Algorithmen ermöglichen, dass der PosCon 3D auch präzise auf sehr dunklen Oberflächen aus hoch absorbierenden Materialien, wie Gummi, misst. Im Bereich der Materialzuführung erfasst der Sensor zum Beispiel Toleranzen bei schwarzen Gummibändern mit Stahlgewebe ohne komplexe Programmierungen. Die Messwerte werden direkt ausgewertet, was eine schnelle Weiterverarbeitung ermöglicht.

Höhe clever gemessen

In der Qualitätskontrolle sind auch Objekthöhen wichtige Kennzahlen. Hierfür bietet sich der PosCon HM an, der selbst auf sehr dunklen oder glänzenden Oberflächen fünf Kennzahlen ohne exakte Positionierung der Messobjekte ermittelt. Mit einer Messgenauigkeit von bis zu zwei Mikrometer eignet sich der Sensor für eine Vielzahl von Anwendungen in der At-Line- und In-Line-Kontrolle. Ein Beispiel ist die Kontrolle von schwarzen Gummidichtungen für Seitenscheiben in der Automobilindustrie. Die Herausforderung für den Sensor liegt dabei sowohl in der Form, genauer gesagt den Rundungen, als auch im schwarzen, lichtabsorbierenden Material. Leistungsfähige Algorithmen analysieren im PosCon HM bis zu 600 Höheninformationen pro Messung und ermitteln die maximale Objekthöhe unabhängig von der Lage des Objektes. Der PosCon HM erlaubt es, diese Messung durchzuführen und liefert zuverlässige Messergebnisse mit einer Messrate bis zu 1540 Hz.

Auch für die Kontrolle metallischer, glänzender Formteile, wie Autotüren, ist der PosCon HM als Messwerkzeug geeignet. Die Sensoren kontrollieren beispielsweise die korrekte Form der Autotür durch Messungen an zahlreichen Prüfpunkten. Die Sensoren können dafür auch nah nebeneinander montiert werden, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen. Die Messwerte liefert der Sensor in Millimeter und erlaubt eine sofortige OK/Not-OK-Kontrolle für jeden Prüfpunkt.

Der PosCon HM eignet sich aber nicht nur zum Vermessen von Formteilen. Aufgrund der integrierten Auswertealgorithmen sind die Sensoren eine kostengünstige Alternative für eine Vielzahl von Check&Sort-Applikationen. Der Sensor identifiziert im Mode „Delta“ fehlerhafte Produkte aufgrund einer abweichenden Form. Die Inbetriebnahme des Sensors erfordert weder externe Software noch Programmier-Know-how. Nach der Auswahl der Funktion und dem Modus, was auch direkt über das Touch-Display am Sensor selber erfolgen kann, muss nur noch der digitale Ausgang parametriert werden und schon liefert der PosCon HM das Prüfergebnis.

Runde Objekte ohne Reflektor

Der dritte Sensor im Produktangebot, der PosCon CM, ermöglicht das Vermessen von Mittelpunkt, Durchmesser und Außenpositionen bei runden Objekten mit einem Außendurchmesser von 30 bis 130 mm. Der Sensor benötigt weder einen Reflektor noch externe Software. Er wird ab Werk kalibriert und ermittelt die Messwerte automatisch in Millimeter. Ein wichtiger Einsatzbereich für einen solchen Sensor ist die End- oder Abnahmekontrolle von Stahlrohren. Der Sensor erfasst den Durchmesser der Rohre mit absoluten Messwerten. Das ermöglicht Werkzeuge nachzujustieren, sobald die Messwerte außerhalb eines festgesetzten Schwellenwertes liegen, was die Ausschussrate minimiert. Die Messwerte liefern darüber hinaus Informationen über die Abnutzung des Werkzeugs und somit Daten für einen geplanten, vorausschauenden Wartungsprozess.

Auch in der Materialzuführung ist der PosCon CM ein wichtiges Kontrollwerkzeug. Statt eines Barcodes werden bei runden Metallteilen oft codierte Messringe eingesetzt, um das richtige Material für die Weiterverarbeitung zu identifizieren. Durch die Ermittlung von Außenpositionen und Mittelpunkt ist eine schnelle Prüfung der Objektorientierung der runden Teile direkt in der Produktion möglich. Der PosCon CM liefert somit die Basis, um Ausschussraten in der Produktion zu minimieren und kostspielige Rückläufe zu vermeiden.

Bezahlbare Qualität

PosCon-Lichtschnittsensoren ermöglichen durch ihre technischen Funktionen, ihre unkomplizierte Inbetriebnahme und einfache Handhabung neue Lösungsansätze in der Teileinspektion. Sie liefern präzise Messergebnisse für eine direkte Auswertung, ohne Datenwolken oder externe Auswertungssoftware. Die Einsatzbereiche liegen schwerpunktmäßig im Automotive-Bereich sowie der Metall und Plastik verarbeitenden Industrie, mit den Check&Sort-Applikationen aber auch in der Verpackungs- und Pharmaindustie.

Bildergalerie

  • Objektkanten müssen stimmen: Das Rohmaterial durchläuft deshalb in der Reifenindustrie eine Qualitätsendkontrolle.

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  • Die Höhe der Gummidichtungen für Seitenscheiben in der Automobilindustrie werden per At-Line-Qualitätskontrolle erfasst.

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  • Bei der Kontrolle von Stahlrohren misst der Lichtschnittsensor den Durchmesser mit absoluten Messwerten.

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