In-Line-Qualitätskontrolle, Bild: Baumer

In-Line-Qualitätskontrolle durch die Bestimmung der Blechdicke. Bild: Baumer

Die Digitalisierung und der Trend zu individualisierten Produkten erfordern auch in der Teileinspektion zunehmend flexible und möglichst automatisierte Prüfverfahren. Hier geht es primär darum, festzustellen, ob gewisse Produktionsparameter innerhalb vorgegebener Grenzwerte liegen. Die Inspektion kann dabei sowohl durch die Entnahme der zu kontrollierenden Teile aus dem Produktionsprozess (At-Line oder Off-Line zum Beispiel im Prüflabor) als auch kontinuierlich im Produktionsprozess selbst (In-Line) erfolgen. Die In-Line-Methode ermöglicht im Gegensatz zu den beiden anderen Methoden eine kontinuierliche Prozesssteuerung, da Resultate sofort verwertet werden können.

Die Gründe für die Qualitätskontrollen sind vielfältig. Je besser und gleichbleibend die Qualität der produzierten Teile ist, desto weniger Nachbearbeitung wird notwendig und Lieferfristen können termingerecht eingehalten werden. Ausschussmengen und Produktionsstillstandzeiten gehen gegen Null und teure Rücksendungen beziehungsweise Ersatzlieferungen gehören der Vergangenheit an. Die Daten aus den Messungen helfen zudem, die Produktionsprozesse kontinuierlich zu optimieren, um das Ziel einer Null-Fehler-Produktion so schnell wie möglich zu erreichen. Die Qualitätskontrolle umfasst aber nicht nur die Produkte selbst, sondern auch das Werkzeug wird kontinuierlich überwacht. Wartungsintervalle können somit vorausschauend geplant und optimiert werden.

Bei der Auswahl der Methoden steht der Anwender vor einer Fülle an Instrumenten. Diese reichen von individuell konfigurierten Sensorlösungen über taktile Messmethoden, kompakte Bildverarbeitungssysteme oder 3D-Profilsensoren bis hin zu leistungsfähigen Industriekameras mit PC-basierten Bildverarbeitungsprogrammen. Alle diese Lösungen liefern Messergebnisse mit hoher Präzision, sind aber mit unterschiedlichem Aufwand und Kosten verbunden.

Jede dieser Methoden hat ihre Berechtigung. Der Kostendruck in der Produktion erfordert aber zunehmend einfache, flexible Lösungen zu attraktiven Preisen. Eine solche Lösung bietet Baumer mit seiner neuen Generation der PosCon-Lichtschnittsensoren. Die Sensoren bieten komplexe Funktionen wie zum Beispiel eine Kanten- oder Höhenmessung in einem einfach zu bedienenden, kompakten Sensor. Die Sensoren funktionieren ohne Reflektor und lassen sich dank sichtbarer Laserline und einer optisch ausgerichteten Achse schnell in Betrieb nehmen. Nach der Installation müssen dank der vordefinierten Messfunktionen nur noch wenige Parameter eingestellt werden, ganz ohne externe Software. Ein weiterer Vorteil liegt in der direkten Ausgabe der Messwerte in Milimetern. Die Werte können direkt in der Steuerung weiterverarbeitet werden. Dank der intelligenten Auswertung ermöglichen die Sensoren nicht nur die effiziente Vermessung von Formteilen oder die präzise Positionierung von Werkzeugen oder Robotern, sondern auch die Realisierung effizienter Check-and-Sort-Funktionalität auf Basis von Schwellwertvergleichen.

Vermessung von Kanten, Breiten und Lücken

Qualitätskontrolle, Baumer
Qualitätskontrolle in der Reifenindustrie. Bild: Baumer

Der PosCon 3D ist auf die Vermessung von Objektkanten, Breiten und Lücken spezialisiert und eignet sich unter anderem für den Einsatz in der Materialzuführung oder der Endkontrolle. Die Vermessung erfolgt unabhängig von Farbe, Oberflächen und Höhenschlag. Die Sensoren können in Relation zur Standardmontage bis zu ±30° in einem beliebigen Winkel geneigt montiert werden und benötigen keinen Reflektor. Dies bietet Vorteile, wenn die Platzverhältnisse keine andere Montagemöglichkeit zulassen.

Die Einsatzmöglichkeiten sind vielseitig. Ein Beispiel ist die Bestimmung von Blechdicken in der In-Line-Qualitätskontrolle bei der Materialzuführung. Der Sensor ermöglicht dabei den automatischen Abgleich mit Toleranzschwellenwerten selbst bei schnellen Transportgeschwindigkeiten. Bleche, die den Spezifikationen nicht entsprechen, werde sofort identifiziert und aussortiert. Teure Nacharbeiten oder sogar ein später Umtausch fehlerhafter Produkte können so vermieden werden. Eine direkte Doppelblechkontrolle reduziert Produktionsstillstände und verhindert Beschädigungen des Werkzeuges bei der weiteren Verarbeitung der Bleche.

Dank spezifischer Algorithmen misst der PosCon 3D auch präzise auf sehr dunklen Oberflächen aus hochabsorbierenden Materialien wie zum Beispiel Gummi. Das macht ihn zu einem beliebten Werkzeug für die Reifenindustrie. Im Bereich der Materialzuführung führt der Sensor zum Beispiel Toleranzprüfungen bei schwarzen Gummibändern mit Stahlgewebe ohne komplexe Programmierungen durch und ermöglicht eine schnelle Weiterverarbeitung dank direkter Auswertungen.

Messsystemevergleich, Bild: Baumer
Matrix zu Flexibilität und Integrationsaufwand verschiedener Messsysteme für die Teileinspektion. Bild: Baumer

Höhe clever messen

Auch die Vermessung von Objekthöhen ist eine wichtige Kennzahl in der Qualitätskontrolle. Der PosCon HM bietet hierfür eine Höhenmessung von Objekten mit gleich fünf Kennzahlen ohne exakte Positionierung der Messobjekte – selbst auf sehr dunklen oder glänzenden Oberflächen. In Kombination mit seiner hohen Messgenauigkeit von bis zu 2 μm eignet er sich für eine Vielzahl von Anwendungen in der At-Line- und In-Line-Kontrolle.

Schweißnahtkontrolle, Bild: Baumer
Schweißnahtkontrolle für Check-and-Sort-Applikationen. Bild: Baumer

Ein Beispiel ist die Kontrolle von schwarzen Gummidichtungen für Seitenscheiben in der Automobilindustrie. Die Prüfung erfolgt in diesem Fall stichprobenartig Off-Line an einem speziellen Prüfstand. Die Dichtungen werden in Halterungen an einem Messplatz montiert. Die Form und die Rundungen der Dichtung können dabei variieren, dürfen jedoch bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten. Die Herausforderung für den Sensor liegt hier sowohl in der Form, genauer gesagt den Rundungen, als auch im schwarzen, lichtabsorbierenden Material. Leistungsfähige Algorithmen analysieren im PosCon HM bis zu 600 Höheninformationen pro Messung und ermitteln die maximale Objekthöhe unabhängig von der Lage des Objektes. Nur der PosCon HM erlaubt es, diese Messung überhaupt durchzuführen und liefert präzise, zuverlässige Messergebnisse mit einer Messrate bis zu 1540 Hz.

Auch für die Kontrolle metallischer, glänzender Formteile wie zum Beispiel von Autotüren ist der PosCon HM ein geeignetes Messwerkzeug. Die Sensoren kontrollieren beispielsweise die korrekte Form der Tür durch Messungen an zahlreichen Prüfpunkten. Die Sensoren können dafür auch nahe nebeneinander montiert werden, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen. Der PosCon HM liefert die Messwerte direkt in Millimetern und erlaubt damit eine sofortige OK-nicht-OK-Kontrolle für jeden Prüfpunkt.

Im Mode "Delta" identifiziert der Sensor fehlerhafte Produkte aufgrund einer abweichenden Form. Ein Beispiel hierfür ist die Kontrolle der Versiegelung von Joghurtbechern. Eine starke Wölbung der Versiegelung deutet auf einen falschen Gärungsprozess hin. Durch die Check-and-Sort-Funktion werden fehlerhafte Produkte in der Produktion direkt aussortiert und gelangen nicht in den Handel. Die Inbetriebnahme des Sensors erfordert weder externe Software noch Programmierkenntnisse. Die Auswahl der Funktion und des Modus kann direkt über das intuitive Touch-Display am Sensor selber erfolgen. Anschließend muss nur noch der digitale Ausgang parametriert werden und schon wird das Prüfergebnis (OK/Not OK) geliefert.

Ein weiteres Beispiel ist die Kontrolle von Ultraschallschweißungen bei der Herstellung von Zahnpastatuben. Das weiße Material beziehungsweise die sehr schwachen Kontraste bei offenen Falzstellen stellen für den PosCon HM keine große Herausforderung dar. Dank der farbunabhängigen Messung werden die Höheninformationen im Sensor analysiert und das Messergebnis in Form eines Deltawertes ausgewertet. Offene Schweißnähte werden so zuverlässig erkannt und fehlerhafte Produkte aussortiert.

Durchmesserkontrolle, Bild: Baumer
Durchmesserkontrolle von Stahlrohren. Bild: Baumer

Der dritte Sensor im Portfolio ist der PosCon CM. Er ermöglicht das Vermessen von Mittelpunkt, Durchmesser und Außenpositionen bei runden Objekten mit einem Außendurchmesser von 30 mm bis 130 mm. Der Sensor benötigt dabei weder einen Reflektor noch externe Software. Dank der Kalibrierung ab Werk werden die Messwerte automatisch in Milimetern ermittelt.

Ein wichtiger Einsatzbereich für einen solchen Sensor ist die End- beziehungsweise Abnahmekontrolle von Stahlrohren. Der Sensor kontrolliert den Durchmesser der Stahlrohre durch die Ermittlung absoluter Messwerte. Dies ermöglicht eine frühzeitige Nachjustierung der Werkzeuge, sobald die Messwerte außerhalb eines festgesetzten Schwellenwertes liegen. Die Ausschussrate wird so verringert. Die Messwerte liefern darüber hinaus Informationen über die Abnutzung des Werkzeuges und somit Daten für einen geplanten, vorausschauenden Wartungsprozess (Predictive Maintenance).

Auch in der Materialzuführung ist der PosCon CM ein wichtiges Kontrollwerkzeug. Statt eines Barcodes werden bei runden Metallteilen oft codierte Messringe eingesetzt, um das richtige Material für die Weiterverarbeitung zu identifizieren. Durch die Ermittlung von Außenpositionen und Mittelpunkt ist eine schnelle Prüfung der Objektorientierung der runden Teile direkt in der Produktion möglich. Der Sensor liefert somit die Basis, um Ausschussraten in der Produktion zu minimieren und kostspielige Rückläufe zu vermeiden. eh

Kurz zusammengefasst

PosCon-Lichtschnittsensoren ermöglichen dank der Kombination von technischer Funktionalität, schneller Inbetriebnahme und einfacher Handhabung neue und effiziente Lösungsansätze in der Teileinspektion. Sie liefern präzise Messergebnisse für eine direkte Auswertung und kommen ohne komplexe Datenwolken oder teure externe Auswertungssoftware aus. Die Einsatzbereiche liegen heute schwerpunktmäßig im Automotivebereich (Zulieferer sowie Endkunden) sowie der metall- und plastikverarbeitenden Industrie. Darüber hinaus sind die Sensoren dank der Check-and-Sort-Applikationen auch in der Verpackungs- und Pharmaindustrie zu Hause. Selbstverständlich sind sie auch für alle anderen Industrien geeignet. Dank der günstigen Anschaffungs- und Unterhaltskosten sind die Sensoren in vielen Fällen eine sehr gute Alternative zu komplexen Messlösungen und machen Qualität in immer mehr Einsatzbereichen möglich und bezahlbar.