Auge um Auge

Technik

Systeme - Was macht ein Pleuel zu einem guten Pleuel? Präzision. Um sie zu erreichen, genügt die visuelle Kontrolle durch Menschen nicht mehr. Intelligente Vision-Systeme fassen bei Schmiedetechnik Plettenberg die Kraftübertrager moderner Motoren exakt ins Auge.

17. Februar 2011
Schnell: im Sekundentakt werden in der Prüfanlage bei der Schmiedetechnik Plettenberg Pleuel inspiziert.
Bild 1: Auge um Auge (Schnell: im Sekundentakt werden in der Prüfanlage bei der Schmiedetechnik Plettenberg Pleuel inspiziert. )

Im Vergleich zu heute waren Otto- und Dieselmotoren noch vor 20 oder 30 Jahren grobe Klötze. Feinstaubdiskussion? Verminderter Kohlendioxidausstoß? Fehlanzeige. Waren früher 2,5 Liter Verbrennungsraum zum Gewinn von 180 Pferdestärken nötig, so genügen heute 1,4 Liter. Eine enorme Leistungssteigerung. Diese Entwicklung war nur möglich durch den technischen Feinschliff an fast allen Motorkomponenten. Das betrifft auch ein für die Kraftübertragung des Verbrennungsprozesses so wichtiges Bindeglied wie die Pleuelstange. Bei ihrer Fertigung ist die effiziente Qualitätskontrolle heute unabdingbar, wie das Beispiel einer Pleuelprüfanlage bei der Schmiedetechnik Plettenberg GmbH & Co. KG zeigt.

Konzipiert und konstruiert von der IMR Gesellschaft für Prozessleit- und Automatisierungstechnik mbH, prüft diese Anlage Pkw-Pleuel mit Vision-Technologie von Cognex auf Merkmale wie Dicken-, Längen- und Breitenmaße, Symmetrieabweichungen, Konzentrizität und Versatz.

Große Kräfte

Gleiche Leistung bei weniger Hubraum braucht mehr Kompression, was eine verbesserte Motorschmierung bei gleichzeitig verringertem Spiel in den Lagerschalen der Pleuelaugen erfordert. Dies stellt die Herstellung der Pleuel vor neue Herausforderungen: Wo große Kräfte walten, wird das Arbeiten mit minimalen Toleranzen zur Kunst.

Bei einer Materialtemperatur von etwa 1.280°C reagiert der C70-Stahl noch äußerst empfindlich auf die mechanischen Formvorgänge. Trotz verbesserter Produktionsverfahren kann es in der Pleuelschmiede vorkommen, dass Bauteile partiell zu dick oder zu dünn sind. Beim automatisierten Schmieden entsteht unter Umständen ein sogenannter Schmiedeversatz, wenn Ober- und Untergesenk im Bereich von Zehntel oder Hundertstel Millimeter nicht absolut genau übereinstimmen. Auch während des anschließenden manuellen Kalibrierens kommt es ab und an aufgrund unterschiedlicher Bearbeitungszeiten zu Temperaturschwankungen im Pleuel selbst und damit zu minimalen Größen- und Gewichtsabweichungen.

Neue Sicht

Auch wenn der Ausschuss gering ist, ist es für die Plettenberger Ehrensache, ihren Kunden Produkte in gleichbleibend hoher Qualität zu garantieren. Dazu hat sich das Traditionsunternehmen auf technisches Neuland begeben: Die Pleuelprüfanlage war für die Schmiedeexperten das erste Projekt, bei dem man ein Vision-System zur automatisierten Qualitätsprüfung einsetzte.

Auch für den Cognex-System-Integrator IMR aus Lennestadt-Meggen war es die erste Anlage zur Inspektion von Pleuel. Und die eigentliche Herausforderung, nämlich auf der geschmiedeten, teils rauen Oberfläche eine ausreichende Wiederholgenauigkeit zu erzielen, hat das Unternehmen mit Bravour gemeistert: Sie liegt bei der Höhenmessung bei ausgezeichneten drei Hundertstel Millimeter. Aufgrund ihrer langjährigen Erfahrung auf dem Gebiet der Konzeption und Konstruktion fertiger Handling- und Prüfeinheiten, ist es den IMR-Entwicklern gelungen, die Anlage schon nach kurzer Zeit in Betrieb zu nehmen. Heute inspiziert sie im Jahresdurchschnitt 4,5 Millionen Pleuel.

Volle Kontrolle

Schon vor der optischen Prüfung in der Anlage durchlaufen die Pleuel erste Untersuchungen: Nach dem Sandstrahlen und einer ersten visuellen Inspektion folgt die Magnetpulverprüfung, mittels derer man ultrafeine Haarrisse aufspürt. Dann werden die Pleuel gewogen. Die Toleranzen liegen bei plusminus sechs Gramm. Anschließend gelangen die Pleuel auf einem Transportband in identischer Lage in die Prüfmaschine, wo eine Lichtschranke ihre Position und Lage erfasst und diese Daten einem Trackingsystem übergibt.

An der ersten Bildverarbeitungsstation messen zwei mit telezentrischen Objektiven ausgestattete Cognex-Vision-Systeme – ein In-Sight 5403 (2 Megapixel) und ein 5401 – die Längen und Breiten der Pleuelstangen sowie die Konzentrizität des Kurbelwellenauges und der Gravur. Sie geben bereits bei Abweichungen von nur wenigen Zehntelmillimetern das Signal zum Aussortieren des Pleuels an den I-PC der Anlage. Länge und Breite werden je nach Typ und Vorgabe anhand des Verhältnisses vom Mittelpunkt des Kurbelwellenauges zu einer festgelegten Referenzaußenkante ermittelt.

In der zweiten Bildverarbeitungsstation detektiert ein Vision-System In-Sight 5400 die OCR-Lesefähigkeit geschmiedeter dreidimensionaler Schriften und damit zusätzliche Merkmalsnummern auf der Oberseite der Pleuel. Die Aufnahme der unterschiedlichen Merkmale erfolgt durch die Kombination verschiedener Beleuchtungskonzepte mit den beiden In-Sight-Kameras. Zur Aufnahme der Bauteilkonturen dient eine LED-Hintergrundbeleuchtung. Das Erfassen von Gravur und Merkmalsnummern wird mit Hilfe von rotem LED-Auflicht durchgeführt.

Starkes System

In der Prüfanlage bedient man sich gleich zweier paralleler Lösungswege, um bei den Pleuel eine höchstmögliche Prüfgenauigkeit zu erzielen: Nach der Einzelauswertung der Aufnahmen werden zusätzlich die Informationen beider Bilder im Rechner miteinander abgeglichen. Auf diese Weise sorgt das Vision-System für die hundertprozentige Fehlererkennung im ersten Prüfschritt. In der dritten Station ermitteln zwei In-Sight-Matrixkameras vom Typ 5401 und 5400 mit VGA-Auflösung die Dicken und Höhen der Pleuel nach dem Lasertriangulationsverfahren. Sie erkennen die H-Profile mit Hilfe von Laserlinien. Gemessen wird jeweils an mehreren Messpunkten die Höhe des Kurbelwellenauges, der Schaft und die Höhe des Kolbenauges. Kontrolliert werden ebenfalls die Symmetrie sowie die Durchbiegung des Pleuelschafts. Ihr robustes, spritzgegossenes Aluminium- und Edelstahlgehäuse macht die Cognex-Bildverarbeitungssysteme auch hohen Vibrationsbelastungen gegenüber unempfindlich. Dichte M12-Anschlüsse schützen sie vor Staub. Dies bedeutet für die Qualitätskontrolle der Schmiedetechnik Plettenberg eine hohe Verlässlichkeit bei gleichzeitig geringen Wartungskosten.

Erschienen in Ausgabe: 01/2011