Am Ende einer jeden Produktionsstrecke sollte ein Produkt stehen, dass sich durch hohe Qualität auszeichnet. Daher setzt Leos Engineering bei der Implementierung von kundenspezifischen Prüfaufgaben auf eine intelligente Kamera.

In vielen industriellen Anwendungen dient das Lichtschnittverfahren als Methode für die Qualitätskontrolle oder andere Messaufgaben. Dabei wird das Höhenprofil eines Körpers entlang einer projizierten Lichtlinie erfasst. Die Verschiebung der Linie im Kamerabild wird dann in 3D-Koordinaten umgerechnet und ausgewertet. Ein Lichtschnittsensor besteht in der Regel aus einem Linienprojektor, bei dem meist ein Laser als Lichtquelle dient, sowie einer versetzt installierten elektronischen Kamera, die die Projektion der Linie auf dem Objekt beobachtet. Auf eine kompaktere Stand-alone-Lösung, die auch gleichzeitig alle Bildverarbeitungsaufgaben ausführt, setzt das Unternehmen Leos Engineering, das kundenspezifische Prüfaufgaben mithilfe der intelligenten Kamera VC Nano 3D von Vision Components implementiert.

Datenverarbeitung in der Kamera
Hinter der Kamera steht ein Machine-Vision-System, das sich frei für 3D- und 2D-Prüfaufgaben parametrieren lässt. Das Gehäuse mit den Abmessungen 140 x 70 x 35 mm beinhaltet neben der intelligenten Kamera auch einen Linienlaser mit einer Leistung von 5 mW, der es erlaubt, anhand des Lichtschnittverfahrens 3D-Bilder in Echtzeit mit Scanraten bis 400 Hz aufzunehmen. Die Auswertung der 3D-Bilder kann direkt über den DSP-Prozessor der Smart-Kamera vorgenommen werden. „Entscheidend für unsere Kunden ist es, dass die Daten direkt im Kamerasystem verarbeitet werden, und so kein separater PC zur Auswertung nötig ist", erklärt Olaf Lippmann, Geschäftsführer von Leos Engineering. „Neben dem Platzbedarf fällt so auch der Integrationsaufwand sehr gering aus: Die Konstruktion gestaltet sich einfacher, die Verkabelung ist auf ein Minimum reduziert, Anschaffungs- und Lizenzkosten für PC und Software entfallen."
All dies ermöglicht der integrierte Prozessor der VC Nano 3D, der nach erfolgter Parametrierung die komplette Datenverarbeitung selbst ausführt. In der Minimal-Konfiguration kann die intelligente Kamera direkt über digitale IOs zum Beispiel mit einer SPS interagieren. Für eine umfangreichere Kommunikation und zur Konfiguration steht eine Ethernet-Schnittstelle zur Verfügung. Leos Engineering stellt vorkonfigurierte Protokolle zum Beispiel für Siemens-Systeme zur Verfügung. Daneben kann das Kamerasystem über die frei programmierbare Ethernet-Schnittstelle in beliebige Systeme integriert werden und eignet sich somit auch, um unter anderem in bestehenden Produktionsanlagen nachträglich ein QS-System zu realisieren. Lediglich für die Parametrierung ist eine kostenlose Software von Leos als Benutzerschnittstelle notwendig. Das plattformunabhängige, intuitiv bedienbare Programm enthält die komplette interaktive Online-Dokumentation und ermöglicht es Anwendern, das Kamerasystem auch ohne Spezialwissen innerhalb weniger Minuten zu testen und in ihr Automatisierungssystem zu integrieren.

Beispiele aus der Praxis
Leos Engineering implementiert applikationsspezifische Bildverarbeitungslösungen inklusive Software für Endanwender aus verschiedenen Branchen. Die VC Nano 3D - in den unten genannten Beispielen konkret: das Modell VC nano 3D xr630 mit einem 30-mW-Laser - setzt das Unternehmen ein, um mittels Lichtschnittverfahren geometrische Körper hochgenau zu vermessen. Die Systeme erfassen die Qualitätsmerkmale und führen einen Soll-Ist-Vergleich durch. Bei Bedarf greifen sie auch in die Fertigung ein, um zum Beispiel Produktionsparameter anzupassen oder Schlechtteile auszusortieren.
Bei der Prüfung von Edelstahlteilen im Automotive-Bereich unterstützt das Bildverarbeitungssystem die Mensch-Maschine-Interaktion und erleichtert so die Montage. Hier erfolgt eine manuelle Vormontage verschiedener Edelstahlkomponenten, die auf den Millimeter genau ausgerichtet werden müssen. Die Lage der Teile im Raum wird von der Kamera erfasst und am Monitor ausgegeben. Per Overlay wird die korrekte Lage des jeweiligen Teils grün und die aktuelle Lage rot angezeigt. Der Bearbeiter erhält dadurch in Echtzeit eine einfache Möglichkeit, ohne zusätzliche Messmittel Teile exakt und schnell zu montieren. Zugleich ist so im selben Arbeitsgang die 100-prozentige Überwachung der Montagequalität gewährleistet.
In einer anderen Anwendung dient die VC Nano 3D zur Überwachung eines gefrästen Nutenprofils in Endlos-Stahlbändern. Das über dem durchlaufenden Stahlband angebrachte Kamerasystem findet Abweichungen von Sollmaßen in der Fräsgeometrie mit einer Genauigkeit von 10 µm und erfasst die Schnittwinkel. Qualitätsparameter wie das ausgefräste Volumen sowie die Fräskontur werden berechnet und ausgewertet. Durch die Erkennung von Fräsfehlern ist es indirekt unter anderem auch möglich, Werkzeugverschleiß und -bruch frühzeitig zu erkennen.
Bei der Vermessung von Metall- und Kunststoffhülsen, die einen Durchmesser von 60 mm haben, kontrolliert die VC Nano 3D in einem Prüfstand die Schnittflächen, Winkel, Durchmesser und Drehlage der montierten Hülsen. Die Ermittlung der Drehachse ist Voraussetzung für die Überprüfung der restlichen Qualitätsmerkmale. Die Prüflinge werden hierfür manuell in den Prüfstand eingesetzt und die Kamera darüber geführt. Beim rund 8 s langen Prüfvorgang entstehen 2.000 Einzelaufnahmen, aus denen etwa 60.000 für die Vermessung relevante Punkte herausgefiltert werden. Das System führt anschließend die verschiedenen Prüfungen im 3D-Raum durch. Mithilfe von Algorithmen lassen sich je nach Bedarf verschiedene Informationen aus der Punktewolke gewinnen - die Auswertung kann also ganz auf die Anforderungen des Anwenders zugeschnitten werden.