Für die Gruber & Kaja High Tech Metals GmbH, die sich als Zulieferer der Automobilindustrie u. a. auf motornahe Aluminiumdruckgussteile spezialisiert hat, ist die Auslieferung lunkerfreier Bauteile ein massgebender Erfolgsfaktor, der für die Qualität und Langlebigkeit ihrer Produkte steht. Dies ist vor allem bei planen CNC-bearbeiteten Dichtflächen entscheidend, um das vollständige Anliegen der Dichtlippe sicherzustellen. Im Zuge des Automatisierungsausbaus der Produktionsprozesse aufgrund einer höheren Jahresproduktion investierte Gruber & Kaja auch in die bisher manuell realisierte visuelle Lunkerprüfung.
Überzeugender Systemansatz
Die Aufgabe: es galt, bei einer Bauteilgrösse von 350 × 400 mm Lunker bereits ab 0,4 mm sicher zu detektieren. Mehr als ein Jahr wurden dafür technische Ansätze verschiedener Geräte- und Systemhersteller evaluiert. Die in Lienz ansässige AUTFORCE Vision Systems GmbH konnte die anspruchsvollen Vorgaben von Gruber & Kaja voll erfüllen. Der Systemansatz der österreichischen Experten für bildbasierte Inspektionssysteme überzeugte – auch weil sie neben der Qualitätsprüfung die Laser-Codierung der Bauteile im knappen Fertigungstakt von 50 s realisieren konnten, um die Rückverfolgbarkeit sicherzustellen.
Erfolgreiche Pionierarbeit
«Wir haben hier Neuland betreten. Uns und auch Gruber & Kaja war kein System am Markt bekannt, welches automatisiert so kleine Lunker bei der gegebenen Bauteilgrösse erkennt bzw. auswertet», erklärt Stefan Perg, einer der Geschäftsführer bei AUTFORCE. Neben der Ausdehnung der Lunker selbst war auch die Mindestrauheit der Bauteile in den vorgegebenen aktiven und passiven Dichtbereichen eine komplexe Anforderung. So mussten für die Bildaufnahme auch die Bearbeitungsspuren der Flächen wie Fräsriefen berücksichtigt werden. Der Lösungsansatz von AUTFORCE: Ein Multikamerasystem mit einem speziell konstruierten kuppelförmigen Beleuchtungsraum. «Durch die Bildaufteilung auf mehrere Kameras minimierten wir die Verzerrung und erhöhten die optische Auflösung. Und dank der Beleuchtungskuppel erzielten wir eine optimale Ausleuchtung, um die durch die Bearbeitung entstandenen Fräsriefen herauszufiltern und damit sprichwörtlich unsichtbar zu machen», erläutert Stefan Perg den zentralen Systemaufbau. Auch die räumlichen Gegebenheiten bei Gruber & Kaja waren im Rahmen der Gesamtautomatisierung herausfordernd, da im Vergleich zu den relativ grossen Bauteilen starker Platzmangel herrschte. «Da am vorgesehenen Platz bereits eine Maschine stand, musste unser Anlagenteil auf diese Einheit aufgebaut werden. Wir mussten auch die maximale Höhe des Roboters, der die Teile in den Kamerabereich einlegt, beachten.»
Herzstück: Mehrstufige Bildauswertung
Im Mittelpunkt der Anlage steht die Prüfzelle mit Beleuchtungskuppel, in der ein leichter Überdruck herrscht, um das Eindringen von Schmutz zu verhindern. Zur Bildaufnahme setzt AUTFORCE auf sechs GigE-Kameras der LX-Serie von Baumer mit einer Auflösung von 8 Megapixel. Die Vorteile der Bildaufnahme mit sechs einzelnen Kameras liegen hauptsächlich darin, die Verzerrungen der einzelnen Bilder so gering wie möglich zu halten und die optimale Bildauflösung zu erhalten. Die Bildauswertung erfolgt dank Third-Party-Kompatibilität der Kameras über HALCON.
Dazu programmierte AUTFORCE eine Anwendung, mit der die aufgenommenen Einzelbilder pixelgenau zu einem Gesamtbild zusammengefügt und anschliessend mit den originalen CAD-Daten des aktuell zu prüfenden Bauteils zur Definition der Prüfregionen überlagert werden. Der ganze Vorgang dauert nur wenige Sekunden. Noch während der Auswertung dreht sich der Spannrahmen, in dem sich das Bauteil befindet, um 180 ° zur Kontrolle der gegenüberliegenden Werkstückseite. Wichtiges Kriterium bei der Auswahl der idealen Kameras für das System waren das Verhältnis zwischen Auflösung und Pixelgrösse. Ausgestattet mit dem CMV8000-Global-Shutter-Sensor waren die leistungsstarken, industrietauglichen LXG-80-Kameras von Baumer mit einer Pixelgrösse von 5,5 × 5,5 µm bei einer Auflösung von 3360 × 2496 Pixel die ideale Wahl. Dank GigE Vision konformer Schnittstelle konnten die Kameras schnell und günstig in die gesamte Anlage inkl. Steuerung eingebunden werden. «Uns war es wichtig, ein Kamerasystem zu verwenden, welches auf eine erprobte, schnelle und standardisierte Datenschnittstelle aufsetzt», so Stefan Perg.
Rückverfolgbarkeit ist sichergestellt
Nach den Aufnahmen wird das Bauteil in eine eigene Zone gefahren, in der die Lasermarkierung vorgenommen wird. Dort werden Datum, Uhrzeit und DataMatrix-Code aufgebracht, um die Produktrückverfolgbarkeit im weiteren Produktions- und Lebenszyklus sicherzustellen. Wird die Lunkerprüfung nicht bestanden, wird jedoch nur ein Teil vom Code geschrieben, der nach erfolgreicher Nacharbeit inkl. Prüfung später noch ergänzt wird. So wird das Bauteil bereits vor dem zweiten Durchlauf erfasst und die Nacharbeit ist Teil der gespeicherten Produktinformation.
Erfolg auf ganzer Linie
Mit seiner Lösung konnte AUTFORCE für Gruber & Kaja durch die Reduzierung von manuellem Handling- und Prüfaufwand eine erhöhte Wirtschaftlichkeit erzielen, die Prozesssicherheit mit reproduzierbaren Abläufen steigern und eine lückenlose Dokumentation aller Prozessschnitte und Ergebnisse etablieren. Die Beschriftung mit dem Laser stellt zudem eine Produktrückverfolgbarkeit mit sehr hoher Haltbarkeit sicher.
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Baumer Electric AG
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