Beidseitig synchron
Oberflächeninspektion von Kupferbändern
Der Trend zur Miniaturisierung fordert immer hochwertigere Materialien. Gefertigt aus kilometerlangen Kupferbändern dürfen sogenannte Leadframes (= kleine Kupferbauteile) selbst im Mikrometerbereich so gut wie keine Mängel mehr aufweisen. Bei den sehr filigranen Bauteilträgern braucht es Kupferbänder mit nahezu perfekten Oberflächen. Grund genug für die Wieland-Werke AG, einen der führenden Hersteller von Walzprodukten aus Kupfer, auf Oberflächen-Inspektionssysteme zu setzen.
Die SmartView-Kamera-Systeme sorgen nicht nur für optimale Produktqualität, sondern beschleunigen und optimieren auch die Fertigungsprozesse. Bereits 1994 setzte Wieland erste automatisierte Oberflächen-Inspektionssysteme ein. Heute vertraut das Unternehmen in seinen Werken rund um den Globus auf die technologische Finesse von insgesamt 16 Oberflächen-Inspektionssystemen. Allein acht davon versehen im Stammwerk Vöhringen ihren Dienst.
Fehler erkennen und systematisieren
Kupfer ist nicht gleich Kupfer. Heute verlangt so gut wie jeder Kunde von Wieland individuelle Lösungen für seine speziellen Produkte. Die Anlagen fahren daher oft im Stundentakt hinsichtlich technologischer, physikalischer und geometrischer Eigenschaften unterschiedlichste Kupferbänder. So werden auf dem Durchlaufofen DO50 mehrere hundert verschiedene Rezepturen verarbeitet. Hinzu kommt eine Vielzahl an kundenspezifischen Merkmalen wie Banddicke, Biegbarkeit und Zugfestigkeit sowie Oberflächenbeschaffenheit. Aus 800mm breiten und bis zu 12km langen Kupferbändern fertigen die Kunden von Wieland Stanzprodukte mit feinsten Strukturen. Bei Durchlaufgeschwindigkeiten von bis zu 100m/min ist eine wirkungsvolle Qualitätskontrolle nur mit einem automatisierten Oberflächen-Inspektionssystem möglich. Dabei werden im Wesentlichen zwei Fehlerarten betrachtet: (a) Systematisch auftretende Wiederholfehler wie Walzenabdrücke, resultierend u.a. aus Oberflächenbeschädigungen oder Verschmutzungen auf den Walzen, und (b) unregelmäßig auftretende Fehler. Dazu gehören z.B. Aufbrüche, verursacht durch Verunreinigungen aus dem Gießprozess, Emulsionsrückstände, Verschmutzungen oder auch eingewalzte Insekten.
Kombination Hell-/ Dunkelfeldkameras
Am Durchlaufofen kontrolliert das Oberflächen-Inspektionssystem die Qualität der Kupferbänder mit synchronisierten Kameraansichten. An einer Umlenkstation mit S-Rolle arbeiten jeweils zwei Hell- und Dunkelfeldkameras an der Bandober- und -unterseite. Je eine Kombination aus zwei Kameras inspiziert dabei die halbe Bandbreite. Während die zwei tiefer angeordneten Hellfeldkameras das von einem Lichtbalken direkt auf das Kupferband projizierte 8mm breite Lichtsignal aufnehmen, erfassen die im oberen Bereich befindlichen Dunkelfeldkameras das nachgeordnete Streulicht aus einem anderen Aufnahmewinkel. Jede der Zeilenkameras verfügt über eine Auflösung von 4.096 Pixel. Mit einer Gesamtzahl von rund 8.200 Pixeln bleibt für die automatischen Augen auf dem 800mm breiten Band nicht der kleinste Fehler unentdeckt. Durch die Kombination der Ergebnisse aus Ober- und Unterseiteninspektion stehen zusätzliche Merkmale zur Klassifikation der Objekte zur Verfügung. Die Anordnung im DO50 bezeichnen die Bildverarbeitungsexperten dabei auch als Synchronized View Processing. So gelingt es, die unterschiedlichsten Reflexionseigenschaften einzelner Fehler zuverlässig abzudecken.
In Sekundenbruchteilen klassifizieren
SmartView detektiert und klassifiziert automatisch, basierend auf den vorher vom Systemadministrator festgelegten Detektionsparametern und Klassifikatoreinstellungen. Das Oberflächen-Inspektionssystem erkennt Fehler nicht nur, es trifft auch selbstständig eine intelligente Vorauswahl auf Basis von Schwellwertgrenzen. Wurden die Bilddaten kritischer Materialmerkmale im intelligenten Kamerasystem vorbearbeitet und an die Anlagensteuerung sowie den zentralen Server zur weiteren Auswahl weitergeleitet, bewertet anschließend ein Mitarbeiter das Fehlerbild im Detail. Der gesamte Vorgang der Bilderfassung, -auswertung und des Datenaustauschs erfolgt in Sekundenbruchteilen. Dabei werden Positionsdaten, Grauwertverlauf, Orientierungsachsen und Segmentierungen als fehlerspezifisches Datenpaket zusammengestellt.
Fazit
Waren die ersten Oberflächen-Inspektionssysteme bei Wieland noch teure Sonderlösungen, so bieten heute die standardisierten SmartView-Kamera-Systeme unternehmensweit eine technologisch ökonomisch sinnvolle Fehlerdiagnostik. Die insgesamt 16 Inspektionssysteme, die weltweit eingesetzt werden, sind vom Aufbau her prinzipiell identisch, unterscheiden sich jedoch in der individuellen Adaption an die jeweilige Applikation. Die Kombination aus Standardisierung und Individualisierung senkt nicht nur die Anschaffungskosten im Vergleich zu Sonderlösungen, sie reduziert auch nachhaltig den Aufwand für die Inbetriebnahme, Wartung und den weltweiten Austausch von Daten.
