Präzision hat in der Fertigung höchste Priorität. Eingebaute Teile mit Fehlern können gravierende Sicherheitsrisiken bedeuten - vor allem in der Automobilindustrie. Hersteller von Präzisionsprodukten benötigen demnach Prüfsysteme, die eine hundertprozentige Qualitätskontrolle und gleichbleibende Produktqualität garantieren.

Seit über zehn Jahren entwickelt die Polytechnik Schmidt GmbH aus dem westfälischen Haltern optische Bildverarbeitungssysteme zur Qualitätskontrolle für die produzierende Industrie. Dabei geht das Unternehmen ganz speziell auf die individuellen Anforderungen seiner Kunden ein. In einem kürzlich abgeschlossenen Projekt hat Polytechnik Schmidt für einen Automobilzulieferer eine maßgeschneiderte Bildverarbeitungslösung für die präzise Vermessung von gestanzten 160 x 300 Millimeter großen Metallplatinen entwickelt. Diese werden für den Einbau in die Kfz-Steuerung benötigt.
Bisher verließ sich der Automobilzulieferer auf die stichprobenartige, visuelle Inspektion durch einen Mitarbeiter. Der Qualitätsprüfer hat die vom Förderband genommenen Platinen von Hand mit einer Schablone abgemessen und mit den Sollvorgaben abgeglichen. Da es praktisch unmöglich ist, mit diesem manuellen Verfahren alle fehlerhaften Platinen zu erkennen und aus dem Produktionsprozess zu nehmen, kam es zu Reklamationen.

Der passende Sensor
Der Automobilzulieferer sah die Notwendigkeit, eine automatisierte Prüfanlage einzuführen, die alle Metallplatinen inspiziert und hat schließlich das Halterner Unternehmen mit der Entwicklung eines passenden Bildverarbeitungssystems beauftragt. Die Herausforderung in diesem Projekt lag darin, ein System zu installieren, das die Kontur der produzierten Platinen nach definierten Parametern auf 20 Mikrometer genau vermisst. Alle Ausbuchtungen, Löcher und Kontakte müssen nahezu punktgenau auf die Platten gestanzt sein.
Um diese Anforderung zu erfüllen, wurde in den Line-Inspector-300 der hochauflösende optische Sensor Varicis 390/1200 mit 1200 dpi / 20 µm Auflösung von Tichawa Vision eingebaut. Da eine Zeilenkamera die erforderliche Auflösung nicht erreicht, bot sich als Lösung ein CIS (Contact Image Sensor) an.
„Bei der Wahl des passenden Systems war die mit 1200 dpi hohe Auflösungsrate des Varicis von Tichawa eine wichtige Voraussetzung, um die nötige Genauigkeit bei der Gewinnung der Bilddaten zu erreichen", berichtet Dietmar Schmidt, Geschäftsführer der Polytechnik Schmidt GmbH. Für den Sensor sprachen zudem die verzeichnungsfreie Optik und die hohe Taktrate. „Das System ist sehr schnell. In einer Minute werden 70 Metallplatinen geprüft, das bedeutet alle 0,8 Sekunden eine", erläutert Dietmar Schmidt.

Schrittweise zur vollautomatischen Prüfanlage
Im ersten Schritt unternahmen die Projektpartner Tests bei der Firma Tichawa in Friedberg. Dort wurde für den Auftrag ein ganz spezieller, auf den Kunden zugeschnittener Sensor entwickelt. Die neu konzipierte Prüfanlage besteht in ihren wesentlichen Teilen aus zwei genau aufeinander abgestimmten Transportbändern, durch welche die Metallplatinen am Sensor vorbeigeführt werden. Dieser nimmt mit einer Auflösung von 1200 dpi zeilenweise Bilder der zu überprüfenden Stanzteile auf und sendet die Bilddaten an eine modular aufgebaute Rechnereinheit.
Dabei muss gewährleistet sein, dass der Sensor alle Daten fehlerfrei und vollständig an die beiden unabhängig voneinander arbeitenden Rechner überträgt. Diese sind ausgestattet mit jeweils einem hoch getakteten Intel i7-Prozessor mit sechs Prozessorkernen und verfügen über 64 GByte Speicherkapazität. Das Betriebssystem Windows 7 sorgt für eine ausgewogene Prozessorlast und einen schnellen Datentransfer. Jeder PC verfügt über eine Schnittstellenkarte, um die Bilddaten über CameraLink aufnehmen und vorverarbeiten zu können. Durch die Kaskadierung der PCs wird die Last der Bildverarbeitung verteilt. Damit ist sichergestellt, dass die Zeit für die Teileprüfung den Produktionstakt nicht beeinflusst. Prinzipiell lässt sich die Anzahl der PCs deutlich erhöhen, wenn die Produktionsgeschwindigkeit oder die Zeitdauer der Teileprüfung es erfordern.

Fehlerhafte Teile ausschleusen
Die Bilddaten der Platinen werden online gespeichert und automatisch verarbeitet. Die von Polytechnik Schmidt programmierte Bildverarbeitungssoftware prüft und vermisst die Konturen der Metallplatinen. Das Prüf-Setup gibt vor, an welchen Stellen gemessen werden muss und innerhalb von 0,8 Sekunden erfolgt die Rückmeldung, ob die Platine die Qualitätskontrolle bestanden hat oder nicht. Der verantwortliche Qualitätsprüfer kann bis zu 30 verschiedene Bereiche auf den Platinen festlegen, die das Prüfsystem hochgenau vermisst. Neben der individuellen Vermessung einzelner Strukturen der Stanzteile können auch Abweichungen der gesamten Geometrie der Stanzteile aufgedeckt werden. Dazu wird die Form jedes Stanzteils mit einer Sollvorgabe verglichen und mögliche Abweichungen angezeigt.
Alle berechneten Ergebnisse der Bildverarbeitung übermitteln die Rechner an ein Visualisierungsprogramm, das die Informationen dann dem Qualitätskontrolleur anzeigt. Gleichzeitig stellt das Programm die Daten der Steuerung der Produktionslinie zur Verfügung. Bei einem aufgetretenen Produktfehler kann das betreffende Teil sofort aus der Produktion geschleust werden und gelangt so nicht mehr in die weitere Produktveredelung oder gar zum Endkunden.
Außerdem kann es vorkommen, dass die Platinen verdreht auf dem Förderband liegen. Das hat keine Auswirkung, denn das neu entwickelte optische Aufnahmesystem kann die Daten aus der Schräglage automatisch berichtigen.
Nach der Vorabnahme beim Kunden starteten im Juli 2014 die ersten Produktionstests. Seitdem läuft die Prüfanlage produktionsbegleitend. Seit Installation der Anwendung erreicht der Kunde eine Fehlertrefferquote von 100 Prozent und es verlassen nur noch einwandfreie Metallplatinen das Werk. Der Varicis-Sensor hat im Rahmen dieser Systemlösung durch seine einfache Handhabung und zuverlässige Funktionen bei anspruchsvoller Sensortechnologie überzeugt.