Ein 3D-Bildverarbeitungssystem kommt bei der Inspektion von Schaumstoffblöcken zum Einsatz, wie sie zum Beispiel in Autositzen verwendet werden. Die Stemmer Imaging Niederlassung in Frankreich hat dieses System in enger Zusammenarbeit mit GIPS Vision, einem ihrer Systemintegratoren, realisiert. Es verhindert Fehlteile bereits vor ihrem Entstehen und spart so Material, Manpower und Kosten.

Die Entwicklung des Dakota-Systems begann im Jahr 2012 und ist inzwischen abgeschlossen. „Diese Anlagen sind bereits in verschiedenen Schaumstoff-Fertigungslinien für Autositze in mehreren Ländern weltweit im Einsatz und haben sich als zuverlässiges und schnelles 3D-System für die Qualitätskontrolle von im Spritzgussverfahren hergestellten Polyurethan-Schaumstoffblöcken erwiesen", freut sich Frédéric Equoy. Der Gründer und Geschäftsführer von GIPS Vision war maßgeblich an der Entwicklung beteiligt.
Zum Einsatz kommt das System bei der Herstellung von Schaumstoffteilen aus Polyurethan, die im Spritzgussverfahren entstehen. Im Fall der Autositze werden vor dem Spritzvorgang bestimmte Einsatzteile von Hand in die Spritzgussformen eingelegt. „Diese Feinarbeit lässt sich nicht automatisieren", so Equoy. „Angesichts der hohen Produktionsgeschwindigkeit der Fertigungslinie kommt es bei diesem manuellen Arbeitsgang häufig zu Fehlern, die zu unvollständigen Spritzgussteilen oder Produkten mit falsch positionierten Einsatzteilen führen. Dies resultiert in schwerwiegenden Mängeln des Endprodukts, die nach dem Erstarren des Schaumstoffs nur schwer zu erkennen sind."

Fehler vor dem Entstehen entdecken
Das 3D-Prüfsystem schafft hier Abhilfe und entdeckt Fehler, noch bevor sie entstehen. Es kommt direkt vor dem Einspritzen der Spritzgießmasse in die Form zum Einsatz und sorgt auf diese Weise dafür, dass die Fertigung fehlerhafter Schaumstoffteile sowie Materialverschwendung in großem Ausmaß vermieden werden. „Dakota überprüft vor der Füllung der Spritzgussform, ob alle vor der Einspritzung in die Form eingesetzten Teile wie gewünscht vorhanden sind und sich an der richtigen Stelle befinden", beschreibt Equoy das Prinzip. „Nur wenn alle Voraussetzungen erfüllt sind, gibt das System die Form zur Einspritzung frei. So wird verhindert, dass ein unvollständiges oder fehlerhaftes Schaumstoffteil gefertigt wird."
Diese Vorgehensweise führt zu einer Reihe von Vorteilen: Zunächst einmal verringert sich der Ausschussanteil deutlich. Zudem lässt sich so eine erhebliche Einsparung von Material realisieren, das bei fehlerhaften Teilen ja komplett verloren ist, da der einmal verfestigte Schaumstoff nicht erneut verwendet werden kann. Die per Hand eingelegten Einsatzteile haben nur geringen Wert, sind jedoch im Fehlerfall ebenfalls nicht mehr nutzbar. Das System macht zudem eine visuelle Überprüfung des fertigen Schaumstoffteils überflüssig und spart somit Arbeitskräfte für diesen Prozessschritt ein. Ein weiterer Vorteil für die Anwender besteht in der Verringerung der Reklamationen aufgrund schlechter Qualität und anderer Rücksendungen von ausgelieferten Produkten. Insgesamt steigen also Ertrag und Produktionssicherheit für Kunden, die das System in ihrer Fertigung einsetzen.

3D-Bildverarbeitung im Einsatz
Grundlage der Prüfanlage ist ein 3D-Bildverarbeitungssystem auf Basis der Lasertriangulation. Die Spritzgussform wird dabei durch eine Laserbeleuchtung des Freiburger Herstellers Z-Laser gescannt. Eine Hochleistungskamera von Automation Technology nimmt pro Sekunde bis zu 1000 der so entstehenden Laserprofile mit einer Breite von 2000 Pixeln auf. Über den bekannten Winkel zwischen der Kamera- und der Laserebene können dank einer genauen, an die Konfiguration der Fertigungslinie und der Formen angepassten Kalibrierung die entsprechenden Höhenangaben aus den Laserprofilen ermittelt werden. So wird ein 3D-Bild der Spritzgussform und der enthaltenen Einsatzteile mit deren genauer dreidimensionaler Position erzeugt. Die Auswertung dieses 3D-Bildes ermöglicht im Anschluss eine sichere Beurteilung, ob alle Parameter den Anforderungen entsprechen und ob der Spritzgussvorgang eingeleitet werden kann. Träger für Träger prüft das System auf diese Weise die Bau- und Einsatzteile, die vor der Einspritzung eingesetzt und dann in das Schaumstoffteil eingegossen werden. Diese Einsatzteile können aus verschiedenen Materialien bestehen und weisen unterschiedliche Größen, Stärken, Farben und Formen auf. Verwendet werden hier unter anderem Metalldrähte, Plastikclips oder Schaumblöcke, die für die spätere korrekte Funktion der Autositze wichtig sind.

Datenbank und GUI integriert
Zur Definition der Prüfpunkte sowie zur Parametrierung der entsprechenden Werkzeuge bietet das Prüfsystem den Benutzern eine speziell angepasste und anwenderfreundliche grafische Mensch-Maschine-Schnittstelle. Bis zu 999 verschiedene Formreferenzen können in einer Datenbank parametriert und an jeder Spritzgießform bis zu 999 Prüfpunkte kontrolliert werden. Außerdem lässt sich das System an Formen und Träger unterschiedlicher Größe sowie an die variable Geschwindigkeit der Fertigungslinie anpassen. „Ein Dakota-System in einer Anlage in den USA prüft Formen mit einer Größe von 1700 mm, das entspricht einer kompletten Rücksitzbank, auf einer Fördereinrichtung, deren Geschwindigkeit 14 Meter pro Minute beträgt", nennt Equoy ein aktuelles Beispiel.
Damit sind die Grenzen des Systems nach seinen Worten aber noch lange nicht erreicht. „Zudem ist das Konzept keineswegs auf den Automobilbereich beschränkt. Das System eignet sich auch für andere Anwendungsbereiche, und wir wollen es schon bald entsprechend breiter einsetzen." Rein mechanisch ist das System dafür flexibel genug: Erst kürzlich wurde es erfolgreich in eine Drehtisch-Fertigungslinie eingebaut, bei der die einzelnen Produktionsschritte über einen Kreisförderer miteinander verknüpft sind.

Als Team erfolgreich
„Die Integration des Systems in die Anlage war aufgrund der rauen Spritzgussumgebung nicht einfach, doch auf dieses Feld haben wir uns bei GIPS Vision spezialisiert", so Equoy. „Unser Partner Stemmer Imaging in Frankreich hat uns mit seinem Know-how im Bereich Bildverarbeitung tatkräftig unterstützt und wesentlich zur Definition des 3D-Bildverarbeitungssystems und der Auswahl der optimalen Komponenten beigetragen. Aus dieser Kombination ist ein leistungsfähiges System entstanden, das dem Anwender Kosten spart und zu einer umweltfreundlicheren Rohstoffverwendung führt."