Viel effizienter und verlässlicher als die nachträgliche, stichpunktartige Fehler­suche in der industriellen Fertigung ist es, die Qualität direkt und automatisiert während der Produktion sicherzustellen. Mit modernen Industrie-Scannern, die sich in die Fertigungslinie ­integrieren lassen, können sich Unternehmen durch eine 100-prozentige Fehlerdetektion vor Gewähr­leistungs- und Haftungsansprüchen schützen.

Contact-Image-Sensoren als Alternative zu Zeilenkameras

Für anspruchsvolle Inspektionsaufgaben hat Tichawa Vision mit Sitz in Friedberg bei Augsburg Contact-Image-Sensoren (CIS) als Alternative zu herkömmlichen Zeilenkameras entwickelt. Die kompakten CIS basieren auf der Low-Distance-Image-Sensor-Technologie und bestehen aus Lesezeile, Optik und Lichtquelle sowie einer Elektronikbox für die Datenvorverarbeitung. Mit dem Boro-CIS und Ring-CIS hat das Unternehmen seine CIS-Produktfamilie um zwei ganz spezielle Systeme erweitert. Im Innern und an den Außenseiten von Tuben, Rohren und Bohrungen erkennen sie Mängel in Echtzeit. Für diesen Anwendungsbereich waren bis dato lediglich Endoskoptechniken zur manuellen Offline-Kontrolle, klassische Kamerasysteme ohne 360°-Abbildung oder CIS für begrenzte Rohrlängen verfügbar. 

Rundum-Scan bis auf den Tubenboden

Der Boro-CIS eignet sich für Tuben, runde oder eckige Rohre und Profile aus Laminat, Kunststoff, Metall und Glas mit Innendurchmessern von 10 bis 80 mm. Zahnpasta­tuben und Deospray-Dosen lassen sich damit ebenso überprüfen wie Pneumatik- und ­Hydraulikzylinder. 

Für die Qualitätskontrolle taucht der Sensorkopf bis zu 250 mm in die Tube ein, beleuchtet die Innenseite und scannt das Innere des Prüflings komplett ab, optional auch den Tubenboden. Schadhafte Nähte, Lack- und Beschichtungsfehler detektiert der Sensor wie auch Kratzer, Späne, Blasen oder Verformungen und Fremdpartikel.

Gerade im Bereich Gesundheit und Körperpflege ist die 100-Prozent-Inspektion enorm wichtig. Gelangen beispielsweise Metallspäne in eine Hautcreme, sind Rückruf­aktionen und Rufschädigung die Folge und für das betroffene Unternehmen weit teurer als die Investition in die automatisierte Überwachung des Produktionsprozesses, die sich in Anbetracht der Personalkosten für die stichprobenhafte Sichtprüfung ohnehin rechnet.

Inspektion von zehn Tuben oder Rohren pro Sekunde

Die Qualitätskontrolle mit dem Boro-CIS lässt sich bei Transportgeschwindigkeiten von bis zu 60 Metern pro Minute problemlos in die Produktionslinie integrieren. Dabei schafft der CIS zehn Tuben oder Rohre pro Sekunde. Die Echtzeitkontrolle während der Produktion geht schnell und reduziert die Ausfallrate, weil sich während des Fertigungsprozesses entsprechende Rückschlüsse ziehen, der Prozess optimieren und damit auch Stillstandszeiten durch rechtzeitiges Handeln vermeiden lassen. 
Je nach Stand der Vernetzung können Unternehmen die Qualitätsdaten aus den Echtzeitmessungen entlang der Wertschöpfungskette nutzen, um fehlerhafte Produkte automatisch auszusortieren und darüber hinaus in internen und externen Folgeprozessen zu integrieren. Wenn die produzierenden Prozesse selbst um die Qualität wissen, können sie sich fortlaufend korrigieren und einregeln. Eine frühzeitige Fehlererkennung und höhere Präzision sind die Folge. Darin stecken Innovations- wie auch Einsparpotenziale. 

CIS erstellen verzerrungs­arme Objektabbildungen

Im Gegensatz zu Zeilenkameras bilden CIS-Geräte mit ihren Linsenarrays (Selfoc-Linse) die zu scannenden Objekte 1:1 ab und liefern damit verzerrungsarme Objektabbildungen. Mit einer Ringkamera ausgestattet, erstellt der Boro-CIS Rundum-Innenaufnahmen mit einer Auflösung von 50 bis 600 dpi, entsprechend einer Pixelgröße von 0,04 bis 0,5 mm. Die aufgenommenen Bilddaten werden in der Elektronikbox weiterverarbeitet und nach dem Weißabgleich im standardisierten Camera-Link-Format (CL) erstellt, zum Beispiel als 8-Bit-Datei. Wahlweise kann die Darstellung monochrom (schwarz/weiß) oder farbig (RGB) erfolgen.

Mit den vielfältigen Beleuchtungsoptionen eignet sich die Qualitätsprüfung mit dem Boro-CIS für durchsichtige Rohre, beispielsweise aus Glas oder Plexiglas, wie auch für undurchsichtige aus Metall oder Kunststoff. Eine weitere Besonderheit ist die UV-Option, die eine Magnetpulver-Rissprüfung nach DIN 9934-1 ermöglicht: Durch zusätzlich eingesetztes UV-Licht erfolgt die kontrast­reiche Detektion von Staub und die klare Unterscheidung zwischen Kunststoff und Metall.

Qualitätskontrolle auch in rauen Produktions­umgebungen

Mit Schnittstellen wie RS-232 zur Steuerung, RS-422 für die serielle Datenübertragung oder CL für die Bilddaten lässt sich die automatisierte Qualitätskontrolle mit dem CIS problemlos in Fertigungslinien integrieren. Auch raue Produktionsumgebungen stellen keine Hürde dar: Durch seine langbrennweitige Optik liefert der Sensor auch dann fehler- und störungsfreie Bilder. Zudem ist die Optik ist verstellbar und damit für variable Rohrweiten in der Fertigungslinie geeignet.

Die Außenseiten von Tuben überprüfen

Wollen Unternehmen auch die Außenseiten von Tuben, Rohren und Bohrungen automatisiert auf Mängel überprüfen, können sie den Ring-CIS von Tichawa mit in die Fertigungslinie aufnehmen. Der neuartige Sensorring mit Acht-Kamera-System umschließt das Bauteil und nutzt die produktionsbedingte Bewegung für 360°-Aufnahmen. Das patentierte Stitching-Verfahren ist für jede Profilform geeignet – unabhängig von Länge und Durchmesser, ob fix oder variabel, rund oder eckig.

Die Sensorgeometrie passt sich der Profilform an und zentriert das Prüf­objekt während des Schiebens durch den Ring-CIS. Wie bei der Inneninspektion sind ein- oder mehrfarbige Aufnahmen mit bis zu 600-dpi-Auflösung möglich, auch in rauen Umgebungen – nur schneller: Statt 60 Meter pro Sekunde liefert der Ring-CIS noch bei Transportgeschwindigkeiten von bis zu 600 Metern in der Minute gute Ergebnisse. 

Fazit

Die Rohr- und Profilinspektion mit CIS-Systemen ist der nachgelagerten Sichtprüfung überlegen. Die automatisierte Qualitätskontrolle liefert Echtzeit-Aufnahmen und ermöglicht eine 100-prozentige Fehlererkennung. Die Systeme amortisieren sich schnell, verbessern mit fortschreitender industrieller Vernetzung die Produktionsprozesse und erhöhen damit Effektivität und Produktqualität. Und nicht zuletzt steigern fehlerfreie und hochwertige Produkte die Kundenzufriedenheit.