Geschwindigkeit ist bei Autos ein unbestritten wichtiger Faktor, und das beginnt schon in der Produktion der kleinsten Fahrzeugkomponenten. In der Herstellung von Planetenrädern für 9-Gang-Automatikgetriebe sind bei einem internationalen Automobilhersteller Hochgeschwindigkeitswälzfräsmaschinen im Einsatz. Ein integriertes Bildverarbeitungssystem stellt sicher, dass den Maschinen ohne Zeitverlust stets nur die richtigen Rohlinge zugeführt werden.

Wenn das Flexible Hobbing Center 80 von Felsomat, kurz FHC 80, auf Hochtouren läuft, dann bearbeitet es Werkstücke innerhalb von weniger als 7 Sekunden, bei der zeitgleichen Bearbeitung von zwei Werkstücken sogar in nur 6 Sekunden. Aus einem glatten Rohling wird dann, je nach Voreinstellung der Maschine, ein sauber gefrästes Planetenrad mit individueller Verzahnung. Die ultrakurze Bearbeitungszeit erreicht das FHC 80 unter anderem dank eines integrierten Beladesystems, das im Vergleich zu vorherigen Systemen weniger Manpower benötigt. Der sogenannte „Skewer Table“ wird initial von einem Produktionsmitarbeiter bestückt und steht dann für die Fräsmaschine zur Verfügung. Startet das Bearbeitungsprogramm, ist grundsätzlich keine Beaufsichtigung durch das Bedienpersonal nötig: Ab dann hat das integrierte Bildverarbeitungssystem In-Sight 7010 von Cognex ein Auge auf die Zuführung der richtigen Rohlinge und stellt in nur wenigen Millisekunden fest, ob auch das korrekte Material eingespeist wird.

Rohling-Check in Millisekunden
Die kompakte Smart-Kamera ist direkt an der Werkstückzuführung des FHC 80 installiert. In ca. 50 cm Abstand befindet sich eine Kippeinheit mit zwei Dornen, die in waagrechter Position über eine automatische Zuführung bestückt wird. Die Kippeinheit schwenkt zurück in die Senkrechte, direkt vor die Linse des Bildverarbeitungssystems, deren Fokus bereits anwendungsspezifisch voreingestellt ist. Die Kamera nimmt im Gegenlicht ein Bild vom rechten Rand der Rohlinge auf und gleicht die so erfassten Maße der Kanten softwareseitig mit den Soll-Vorgaben des vorher gewählten Fräsprogramms ab.
Bei Felsomat hat Integrator I-Mation für den Endkunden acht verschiedene Prüfprogramme auf dem System hinterlegt. Drei Kriterien sind zu prüfen: Zunächst die grundsätzliche Anwesenheit eines einzelnen oder zweier Werkstücke, das Vorhandensein des richtigen Typs und dessen korrekte Lage. Unabhängig davon, ob das Werkstück noch ein Rohling oder bereits bearbeitet ist, wird es hier als okay bewertet. Den Check dieses vierten Kriteriums (bearbeitet oder unbearbeitet) kann der Kunde bei Bedarf und unter Zuhilfenahme einer extra Beleuchtung jederzeit ergänzen.

Bildverarbeitungssystem gibt Werkstücke frei
Erkennt die Software des Bildverarbeitungssystems, dass eines der Kriterien nicht erfüllt ist, wird dieses im Kontrollpanel der Anlage rot markiert und die Maschine schleust das entsprechende Werkstück über die N.O.K. (not o.k.)-Schublade aus. Dies geschieht zum Beispiel, wenn der Istwert der Kantenlänge des Rohlings vom vorgegebenen Sollwert in der Programmierung abweicht. Dann liegt entweder ein falscher Rohling auf oder er wurde verkehrt herum aufgenommen. An dieser Stelle muss dann wieder das Bedienpersonal eingreifen und prüfen, ob die Werkstücke im Skewer Table zum voreingestellten Bearbeitungsprogramm passen und korrekt zugeführt werden. Das Prüfprogramm des Bildverarbeitungssystems verhindert auf diese Weise eine falsche Bestückung der Fräsmaschine und damit deren eventuelle Beschädigung.
Eine weitere mögliche Fehlermeldung wird durch das Fehlen eines Werkstücks ausgelöst. Zwar stellt schon vorher die Vorschubkontrolle bei der automatischen Bestückung fest, ob die richtige Anzahl an Teilen auf den Dorn geschoben wird. Aber erst das In-Sight-System bestätigt absolut zuverlässig, ob das Teil tatsächlich vorhanden ist oder nicht. Steht für das einzelne oder beide Werkstücke die Markierung aller Kriterien auf grün, erhält der Greifer das Signal, die Rohlinge vom Dorn aufzunehmen und auf eine Bearbeitungsspindel zu stecken, die dann in den sicher abgeschirmten Bearbeitungsraum geschwenkt wird.

Kostengünstig und einfach zu realisieren
Neun Maschinen lieferte Felsomat an seinen Automotive-Kunden. Bei der Auswahl des passenden Bildverarbeitungssystems fiel die Wahl auf das In-Sight 7010, das für die Anwendung mit einer ausreichenden Auflösung von 800 x 600 Pixel ein besonders gutes Preis-Leistungsverhältnis aufwies. Die funktionsbereite Integration der Lösung verantwortete der Vision-Experte I-Mation. Die individuelle Einstellung des Systems ließ sich innerhalb der flexiblen Benutzeroberfläche des Systems sehr einfach realisieren: In wenigen Schritten wurden mit verschiedenen nutzerfreundlichen Tools per Drag and Drop die Messkriterien konfiguriert, wie etwa die Kantenlängen der Werkstücke in den verschiedenen Produktionsprogrammen.
Insgesamt dauert der einfache Prüfvorgang durch das Bildverarbeitungssystem nicht mehr als 30 Millisekunden und die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung kann quasi ungebremst fortgesetzt werden. Denn auch in der Automotive-Fertigung kommt es auf eine kosteneffiziente und schnelle Fertigung an und es gilt: Wer bremst – verliert.