07. DEZEMBER 2016

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Trau' nicht deinen Augen


BILDVERARBEITUNG - Nullfehler-Stategie macht automatisierte Sichtprüfungen mit effizienten Visionssystemen zur Pflicht

Die gestiegenen Qualitätsanforderungen an Serienprodukte lassen sich in vielen Industriezweigen häufig nur noch durch eine hundertprozentige Endprüfung sicherstellen. Auch die Frage nach der Validierbarkeit der Produktionsprozesse tritt immer stärker in den Vordergrund.

Dennoch werden diese Endprüfungen auch heute noch größtenteils manuell, mit menschlicher Sichtprüfung und den bekannten Unzulänglichkeiten durchgeführt, wie etwa Schlupf von Schlechtteilen aufgrund der Komplexität der Fehler, nicht konstante Prüfqualität, Pseudoausschuss, Beschädigungen durch manuelle Handhabung, Ermüdung des menschlichen Auges. Dabei stellen neben maßlichen Prüfungen die qualitative Beurteilung von Oberflächen und Konturen die größten Herausforderungen dar.

Die zu prüfenden Flächen sind mehrheitlich Dicht-, Funktions- oder Sichtflächen. Fehler beeinträchtigen die Funktion oder stören das Aussehen der Teile. Oberflächenfehler treten auf als Kratzer, Risse, Kerben, Dellen, Abdrücke, Pickel, Blasen, Poren, Lunker, Flecken, Verschmutzung, Streifen, Schlieren, Wolken, Transparenzänderungen. Kantenfehler sind: Abplatzer, Einrisse, Eindrücke, Stufen, Grate, Fasen-, Rundungs- und Verlaufsfehler. Das Erscheinungsbild der Fehler ist stark von der Beleuchtungs- und Beobachtungsrichtung abhängig. Auch Werkzeugverschleiß, Materialcharge, Temperatur und so weiter können das Reflektionsverhalten von Teil zu Teil beeinflussen. Was ist gut? Was noch tolerabel? Wann ist das Teil Ausschuss? Um dies zu beantworten, gilt es zunächst, gemeinsam mit dem Hersteller herausarbeiten, welche Zustände und Erscheinungsformen es bei i.O.- sowie bei n.i.O.-Teilen gibt, bei welcher Ansicht und Auflösung welches Fehlermerkmal ausreichend kontrastiert und wie viel Zeit eine Prüfung in Anspruch nehmen darf.

Auslegung der Prüfung
Für das Prüfkonzept muss festgelegt werden, welche Objektbereiche mit welcher Bildpunktauflösung und in welchen Ansichten erfasst und geprüft werden sollen. Daraus wird die Sensorik abgeleitet und festgelegt, welche Kamera(s) - Flächen- oder Zeilenkamera - unter welchem Winkel mit welcher Beleuchtung (Spot-, Linien- oder Flächenbeleuchtung) das Objekt erfassen. Das Handling der Prüfteile wird mit dem Sensorikkonzept abgestimmt. Erst jetzt kommen die eigentlichen Bildverarbeitungsalgorithmen ins Spiel, wobei man hier zwischen Verfahren zur Oberflächen- und zur Konturprüfung diferenziert.

Oberflächenprüfung
Bei Oberflächenfehlern sind flächige Reflektivitäts- und lokale Kontraständerungen zu unterscheiden. Flächige Fehler über große Teile des Bildfeldes werden im Vergleich zu einer Referenzfläche meist aus der Grauwertstatistik über das ganze Bild oder Bereiche davon ermittelt. Zur Erfassung und Auswertung lokaler Fehlstellen haben sich in der Praxis angepasste Filterverfahren bewährt, die tolerierbare Reflektivitäts- und Helligkeitsschwankungen ausgleichen. Dadurch heben sich Fehlstellen gegen ihr Umfeld ab und können als relative Helligkeitsänderungen erfasst beziehungsweise segmentiert werden.

Benachbarte detektierte Bildpunkte werden zu Fehlerobjekten zusammengefasst. Jedes Objekt wird mit abstrakten Merkmalswerten charakterisiert und damit bezüglich Position, Geometrie, Struktur und Nachbarschaft bewertet.

Bei der nachfolgenden Klassifikation werden die Objekte in Fehlerklassen geordnet. Je nach Aufgabe und Anforderung kommen dabei unterschiedliche Klassifikationsverfahren zum Einsatz. Diese reichen von Sieb- über Nachbarschafts- bis zu Vektorklassifikatoren. Das Einlernen erfolgt über automatisierte Verfahren auf Basis relevanter Fehlermuster. Damit können relevante Fehlermerkmale erkannt und von unrelevanten, tolerierbaren Kontraststrukturen unterschieden werden.

Im Bild eines Referenzteils werden die zu prüfenden Konturen manuell eingezeichnet oder per automatischem Suchverfahren ermittelt.

Für jede Kontur wird ein in der Breite definierbarer Bereich aufgezogen, in dem die zu prüfende Kontur bei jeder Bildaufnahme gesucht wird. Über Parameter kann vorgegeben werden, wie weit der Verlauf der Kontur vom Sollverlauf abweichen darf. Damit werden Verlaufs-, Phasen- und Rundungsfehler erkannt.

Konturenprüfung
Um lokale Abweichungen wie Abplatzer, Kerben, Stufen und Risse in den Kanten zu detektieren, gibt es eine weitere Prüfstufe, bei welcher der Konturverlauf auf lokale Richtungsänderungen analysiert wird.

Die folgenden beiden Applikationen zeigen, welche Prüfungen von Vitronic bereits erfolgreich in Prüfautomaten umgesetzt worden sind: Filtergehäuse von Ölfilteraggregaten aus Aluminiumguss werden in großen Stückzahlen produziert und haben mehrere bearbeitete Dicht- und Flanschflächen. Lunker und Beschädigungen jedoch, beeinträchtigen oder verhindern deren Dichtfunktion. Deshalb wurde bisher jedes produzierte Teil vor dem Verpacken an einer eigenen Prüfstation einer Sichtprüfung unterzogen.

Ölfilteraggregate für Dieselmotoren prüfen
Zur Qualitätsverbesserung und zur Kosteneinsparung entschied der Hersteller, eine automatische Prüfzelle in den vorhandenen Teiletransport zu integrieren.

Die Filter werden auf Werkstückträgern nacheinander in zwei Prüfstationen eingefahren, ausgehoben und die Prüfbereiche mit fünf Flächenkameras im Produktionsprozess erfasst. Eine Kamera verfährt über die große Flanschfläche, eine zweite dreht sich über dem ringförmigen Filterflansch. Die dritte erfasst in der Drehung die Zylinderinnenfläche. Schließlich prüfen zwei Kameras einzelne kleinere Dichtflächen. Insgesamt wertet das Bildverarbeitungssystem mehr als 40 einzelne Bildaufnahmen aus. Zur Ausleuchtung werden speziell angepasste LED-Leuchten eingesetzt.

Die relevanten Prüfbereiche werden von Referenzteilen, aber auch aus CAD-Vorgaben abgeleitet. Innerhalb dieser Bereiche werden die Oberfl ächenprüfungen mit anpassbarer Empfindlichkeit ausgeführt. Bei der Auswertung können zwar Wasserflecken vorhanden sein, sie dürfen nur nicht als Fehler gewertet werden. Gleiches trifft für bestimmte Lunker und Fehlstellen außerhalb der eigentlichen Funktionsbereiche zu. Die Prüfzeit für den kompletten Ablauf beträgt zwölf Sekunden. Trotz der schwierigen Anforderungen hat sich die Bildverarbeitungslösung bewährt, zumal die Prüfverfahren an beliebig geformte Flächen und Konturen anpassbar sind.

Sintermetall-Keile prüfen
Ein zweites Applikationsbeispiel ist die automatische Prüfung und Sortierung sichelförmiger Sintermetallteile, die in großen Stückzahlen für die Verstellmechanik von Pkw-Sitzgestellen produziert werden, auf Beschädigungen und Schleifmittelrückstände an allen Flächen. Der Durchsatz beträgt fünf Teile pro Sekunde. Bei einer Produktionsmenge von mehr als einer viertel Million Teile pro Tag war die Automatisierung der Prüfung die einzige Möglichkeit, um die geforderte Null-Fehler-Quote sicherzustellen.

Das Bildverarbeitungssystem Vinspec prüft die Sinterteile auf Risse, Lunker, Aufblühungen und Kantenausbrüche im Zehntel-Millimeter- Bereich sowie auf eingeklemmte Schleifsteine. Anschließend werden sie entsprechend dem Prüfergebnis sortiert. Neben der reinen i.O./n.i.OEntscheidung wird der jeweilige Teiletyp (drei Varianten sind zur Zeit aktuell), anhand von Konturmerkmalen identifiziert.

Die Bildverarbeitungssoftware erfasst und prüft beliebig geformte Teile und Kantenverläufe, auch bei nicht exakter Teileposition, und wertet sie in kürzester Zeit aus. Die Prüfungen lassen sich auf einfache Art und Weise einlernen und verwalten. Im Prüfautomat werden die als Schüttgut angelieferten Teile zuerst in einem großen Wendelförderer vereinzelt und mehrbahnig transportiert. Anschließend werden die parallelen Bahnen auf ein Band zusammengeführt und an vier Kamerastationen entlang geführt.

Die Bildaufnahmen werden im Durchlauf über Lichtschranken ausgelöst und ausgewertet. Blasdüsen separieren I.O.-Teile sortenrein in drei Behälter. N.i.O.-Teile fallen am Bandende in die Ausschusskiste.

Mit der Bildverarbeitungstechnologie von Vitronic sind auch anspruchsvolle Sichtprüfaufgaben mit hohen Durchsatzanforderungen erfolgreich automatisierbar. Durch die Kombination leistungsfähiger, modularer Hard- und Softwarekomponenten mit speziellen Beleuchtungen können auch gekrümmte Prüfflächen und beliebig geformte Teilegeometrien geprüft werden. Die Nullfehler-Strategie ist im Zusammenhang mit integrierter hundertprozentiger Qualitätsinspektion ein entscheidender Faktor für die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen. Der Einsatz der Bildverarbeitung nimmt dabei einen zunehmend größeren Stellenwert ein.

Ausgabe:
aut 04/2004
Unternehmen:
Bilder:

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