Mit einem Prüfsystem sollen Schrauben anhand von 2D-Codes identifiziert und die bei der Montage erzielte Vorspannkraft überwacht werden. Eine intelligente Kamera fungiert in dem Handlesegerät als Embedded-­System und übernimmt alle Mess- und Steueraufgaben.

Um Schrauben einfach zu identifizieren und die bei der Montage erzielte Vorspannkraft zu dokumentieren, hat der Messtechnikspezialist AMG Intellifast ein Handlesegerät entwickelt, das einen Barcode-Reader, einen Temperaturfühler und einen Ultraschall-Messaufnehmer in einer Prüfeinheit integriert. Möglich war die kompakte Bauweise durch eine intelligente Kamera von VRmagic, die die Identifizierung und Steuerung in dem All-in-One-Prüfkopf übernimmt. Die Software, um die direkt markierten 2D-Codes auf den Schraubenköpfen zu erkennen, wurde von dem Mannheimer Unternehmen Neogramm entwickelt.
Das Prüfsystem von Intellifast misst die Vorspannkraft von montierten Schrauben durch die temperaturkompensierte Ermittlung von Ultraschall-Laufzeiten. Als Referenz wird die Ultraschalllaufzeit im unverspannten Zustand zusammen mit einer Identifikationsnummer für den Schraubentyp, einer fortlaufenden Nummer und einer Information zu den erforderlichen Ultraschalleinstellungen in einem Data-Matrix-Code auf der Schraube gespeichert. Anhand dieser Informationen kann das System ohne weiteres Eingreifen des Anwenders die Schraube identifizieren und die bei der Montage erzielte Vorspannkraft ­exakt ermitteln. Die Besonderheit liegt darin, dass der Code-Reader zusammen mit einem Temperaturfühler und dem Ultraschall-Messaufnehmer in einem Handmessgerät ­integriert ist. Das Endprodukt ist ein mobiles und einfach handhabbares System, das eine 100-prozentige Rückverfolgbarkeit und vollständige Dokumentation von Schraube und Verschraubungsvorgang ermöglicht.

Messung per Knopfdruck

„Durch die Integration des Ultraschall-Mess­aufnehmers, der Kamera und des PT100-Temperaturfühlers kann die exakte Messung der Ultraschall-Laufzeit mit einem einzigen Knopfdruck vorgenommen werden", erläutert Frank Scheuch, Geschäftsführer von AMG ­Intellifast, die einfache Handhabung des mobilen Prüfgeräts. Je nach Schraubengröße wird der Prüfkopf mittels Wechsel­adapter angepasst. Der Prüfkopf besitzt zwei LED-Leuchtdioden. Die linke Diode übermittelt die einwandfreie Identifizierung des Data-Matrix-Codes, während die rechte die Vorspannkraft anzeigt. Entsprechend dem Ampel-Prinzip werden die LED-Anzeigen innerhalb leicht einstellbarer Toleranzgrenzen geschaltet. So signalisiert die rote LED, dass die Vorspannkraft zu niedrig ist, die blaue LED zeigt an, dass die Vorspannkraft innerhalb einer frei einstellbaren Toleranz liegt und wenn die grüne LED leuchtet, ist die Vorspannkraft in Ordnung.

Steuerung externer Komponenten

Möglich war die integrierte Bauweise des Prüfkopfs durch die intelligente Kamera VRmDC-12/BW von VRmagic, die als Embedded-System alle Mess- und Steueraufgaben autark übernimmt. Mit einem Gewicht von etwa 50 g und Außenmaßen von 46 x 46 x 54 mm ist sie leicht und kompakt gebaut. Sie wird hinter einer Plexiglasscheibe in dem staubdichten und Spritzwasser geschützten Handmessgerät verbaut. Zudem verfügt die Kamera über einen parallel arbeitenden ­DaVinci-Dual-Core-Chip von Texas Instruments, der in einem System-on-a-Chip (SoC) einen DSP und einen ARM9-Prozessor mit Standard-Debian-Linux-Betriebssystem integriert. Ein Flash-Baustein dient als Massenspeicher. Der Chip enthält standardmäßig einen RAM-, Flash- und USB-Controller, einen Videoeingang zum Sensor, einen analogen und digitalen Videoausgang, GPIOs, frei verwendbare Pins für Digitalsignale (2 ein, 3 aus), IOs für Trigger und Strobe, bis zu drei serielle Schnittstellen, Ethernet sowie einen SPI-Erweiterungs-Bus.

Parallelisierte Bildverarbeitung

Das Unternehmen Neogramm entwickelt die Detektions-Software zur Identifikation der direkt markierten 2D-Codes (Datamatrix­ ECC200) auf der Hardware-Plattform der Kamera. Die kundenspezifische Software erkennt den Identifikationscode auch auf metallischen Oberflächen, in rauer Umgebung, bei geringem Kontrast und spiegelnder oder verschmutzter Oberfläche zuverlässig. „Die Detektions-Software wurde durch Such-Algorithmen optimiert, die zunächst potenzielle Code-Muster auf dem Schraubenkopf identifizieren", erklärt Kai Blümchen, Geschäftsführer von Neogramm. „Erst im zweiten Schritt wird der Code verifiziert."
Um die Verarbeitungszeit der Software zu verkürzen, nutzte Neogramm die Vorteile der parallelisierten Bildverarbeitung auf dem Dual-Core-Chip der frei programmierbaren Kamera. Während auf dem ARM9-Prozessor der Kamera das Linux-Betriebssystem läuft, konnte der DSP komplett für Bildverarbeitungsaufgaben genutzt werden. Die Kommunikation zwischen DSP und ARM9 und die Verwaltung der gemeinsamen Bild-Zwischenspeicher erfolgt durch die Codec Engine von Texas Instruments. Beide Prozessoren wurden in der Entwicklungsumgebung Visual Studio in C bzw. C++ programmiert. Da Host-System und Kamera über die gleiche API verfügen, konnten die Algorithmen über Cross-Compiler problemlos auf die Kamera übertragen werden. Das Detektionsergebnis wird wahlweise über die vorhandene serielle Schnittstelle, USB 2.0 oder über den Ethernet-Ausgang der Kamera ausgegeben und darauffolgend die Schritte zur Vermessung der Schraube abgearbeitet.

Vision 2012 Halle 1D81