Bildbasierte vollautomatische Prüfung auf Lunker ab 0,4 Millimetern

Damit lösten die Bildverarbeitungsspezialisten von Autforce, auch mithilfe von sechs Industriekameras, eine Aufgabe, die bisher als nicht automatisierbar galt.

Kein Druckgusshersteller möchte Lunker haben. Diese können jedoch im Produktionsprozess als Hohlräume während der Erstarrung der Schmelze durch das Schwinden des Werkstoffvolumens entstehen und damit die Funktion des Bauteils beeinträchtigen. Für das Unternehmen Gruber & Kaja High Tech Metals, das sich als Zulieferer der Automobilindustrie unter anderem auf motornahe Aluminium-Druckgussteile 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 seines Automatisierungsausbaus investierte das Unternehmen auch in die bisher manuell durchgeführte visuelle Lunkerprüfung. Die Aufgabe: Bei einer Bauteilgröße von 350 x 400 Millimetern Lunker bereits ab 0,4 Millimetern sicher detektieren. Mehr als ein Jahr evaluierten die Mitarbeiter dafür technische Ansätze verschiedener Geräte- und Systemhersteller. Schließlich überzeugte der im österreichischen Lienz ansässige Experte für bildbasierte Inspektionssysteme Autforce Vision Systems – auch weil er neben der Qualitätsprüfung die Laser-Codierung der Bauteile im knappen Fertigungstakt von 50 Sekunden vornehmen konnten, um eine eindeutige Rückverfolgbarkeit sicherzustellen. „Wir haben hier Neuland betreten“, erklärt Stefan Perg, einer der Geschäftsführer bei Autforce. „Uns und auch Gruber & Kaja war kein System am Markt bekannt, welches automatisiert so kleine Lunker bei der gegebenen Bauteilgröße erkennt beziehungsweise auswertet.“ 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: Ein Multi-Kamerasystem 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 Perg den zentralen Systemaufbau. Auch die räumlichen Gegebenheiten bei dem Druckgusstechnikspezialisten 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. Dabei musste natürlich auch die maximale Höhe des Roboters, der die Teile in den Kamerabereich einlegt, beachtet werden“, erklärt Perg.

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 acht 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“, schildert Perg. Die Bildauswertung erfolgt dank Third-Party-Kompatibilität der Kameras über Halcon. Dazu programmierten die  Bildverarbeitungsspezialisten eine Anwendung, mit der die aufgenommenen Einzelbilder pixelgenau zu einem Gesamtbild zusammengefügt und anschließend mit den originalen CAD-Daten des zu prüfenden Bauteils 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 Grad zur Kontrolle der gegenüberliegenden Werkstückseite. Wichtiges Kriterium bei der Auswahl der Kameras für das System waren das Verhältnis zwischen Auflösung und Pixelgröße. „Wir suchten nach einer Kamera in robuster Bauweise, bei der trotz hoher optischer Auflösung die Chipgröße und damit die Größe der einzelnen Pixel nicht zu klein wird“, erläutert Perg. Ausgestattet mit dem CMV8000-Global-Shutter-Sensor von Ams (ehemals Cmosis) waren die industrietauglichen LXG-80-Kameras von Baumer mit einer Pixelgröße von 5,5 x 5,5 Mikrometer bei einer Auflösung von 3360 x 2496 Pixel die passende Wahl. Dank GigE-Vision-konformer Schnittstelle ließen sich die Kameras schnell und kostengünstig in die gesamte Anlage inklusiver Steuerung einbinden. „Uns war es wichtig, ein Kamerasystem zu verwenden, welches auf eine erprobte, schnelle und standardisierte Datenschnittstelle aufsetzt“, sagt Perg.

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 inklusiver Prüfung später noch ergänzt wird. „So wird das Bauteil bereits vor dem zweiten Durchlauf erfasst und die Nacharbeit ist Teil der gespeicherten Produktinformation“, erläutert Perg. Mit seiner Lösung konnte Autforce für die Druckgusstechnikspezialisten durch das Reduzieren 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 hoher Haltbarkeit sicher. aru