Optisches Prüfsystem erkennt und bewertet selbstständig Fehler

Fester Halt

Optisches Prüfsystem erkennt und bewertet selbstständig Fehler

Mit 19 Kameras prüft eine Anlage bis zu 250 lackierte Kleinteile im Durchlauf und lernt selbstständig optische Fehler zu erkennen, zu unterscheiden und zu bewerten. Wichtig dabei ist die millimetergenaue Einstellung und Halterung der Kameras.

 Bei der Prüfanlage zur optischen Überwachung von lackierten Kleinteilen inspizieren 19 Full-HD Kameras bis zu 250 lackierte Kleinteile im Durchlauf. (Bild: Maschinenbau Kitz GmbH)

Bild 1 | Bei der Prüfanlage zur optischen Überwachung von lackierten Kleinteilen inspizieren 19 Full-HD Kameras bis zu 250 lackierte Kleinteile im Durchlauf (Bild: Maschinenbau Kitz GmbH/Richter/Fraunhofer IWU)

Das Fraunhofer IWU in Chemnitz hat eine Anlage entwickelt, die automatisch schwarz lackierte Kleinteile für die Automobilbranche auf optische Fehler überprüft. Die Software identifiziert bekannte Fehlermuster, und lernt selbstständig Fehler zu erkennen, zu unterscheiden und zu bewerten. Das Gerüst für Kameras, Licht, Computer und Fördertechnik liefert dabei der Maschinenbau Kitz. „Wir haben für die Entwicklung dieser Anlage unsere Entwicklungsumgebung Xeidana eingesetzt.“, sagt Alexander Pierer, Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Bereich Automatisierung und Monitoring beim Fraunhofer IWU: „Die Software, die wir implementiert haben, kann z.B. Daten unterschiedlicher oder redundanter Sensorsysteme kombinieren.“ Diese Sensorfusion bietet die Möglichkeit, das Spektrum erkennbarer Defekte und die damit verbundene Bewertungszuverlässigkeit zu erhöhen. Mithilfe von strukturentdeckenden Verfahren kann die Software komplexe Zusammenhänge in Datenbeständen finden und Muster identifizieren. Die Teile können dadurch auch anhand weicher Kriterien als IO oder NIO klassifiziert werden.

Systemaufbau

19 Kameras mit jeweils 35fps in Full-HD-Auflösung, prüfen bis zu 250 Kleinteile im Durchlauf auf optisch sichtbare Fehler. Mit 18m/min wird der Werkstückträger mit den Kleinteilen durch das System unterhalb der Kameras transportiert. Die Kameras machen innerhalb von drei bis vier Sekunden 360 Bilder, die dann innerhalb der Taktzeit von 30sec ausgewertet werden. „Bei der Datenverarbeitung setzen wir hier auf eine massiv-parallele Datenverarbeitung unter Einbeziehung von vierzehn Rechenkernen und der GPU. Dadurch könnten wir die Anlage problemlos auf die doppelte Anzahl an Kameras oder mit weiteren Sensorprinzipien nachrüsten, um künftig z.B. weitere Merkmale wie Farbton oder Lackdicke zu prüfen“, so Pierer. Die Kameras erkennen mittels Deflektometrie Unebenheiten im µm-Bereich. Kratzer und Einschlüsse werden im Zehntel-Millimeterbereich erkannt.

 Die Profile sorgen für maximale Flexibilität der Kameras, die in drei Achsen frei einstellbar sind. (Bild: Maschinenbau Kitz GmbH)

Bild 2 | Die Profile sorgen für maximale Flexibilität der Kameras, die in drei Achsen frei einstellbar sind. (Bild: Maschinenbau Kitz GmbH/Richter/Fraunhofer IWU)

Flexible Kamerahaltungen

„Wir brauchten für die Anlage noch die Fördertechnik und die komplette Umhausung, Kamerahalterungen, Computer-Einhausungen und einen Arbeitsplatz“, sagt Alexander Pierer. Aus früheren Projekten hatte er gute Erfahrungen mit dem Profil-und Fördertechnik-Spezialisten Maschinenbau Kitz gemacht. Bei dem neuen Projekt kam es vor allem auf flexible Einstellmöglichkeiten für die Kameras an. Um eine lückenlose Prüfung der Teile zu gewährleisten, mussten die Kameras 1/10mm-genau, frei in drei Achsen eingestellt werden können. Hier haben die mk-Konstrukteure gemeinsam mit den IWU-Mitarbeitern eine flexible Lösung gefunden. Gabriel Jaramillo, verantwortlicher Konstrukteur bei mk: „Wir haben vom Kunden eine Konzeptzeichnung erhalten, in welchem Winkel die Kameras eingestellt werden und wie das Ganze aussehen kann. Dies haben wir dann auskonstruiert.“ Auch besondere Anforderungen waren kein Problem. So mussten die verwendeten Materialien z.B. frei von lackbenetzungsstörenden Substanzen (LABS) und antistatisch ausgeführt sein. Der gesamte Kamerabereich musste mit einer Blickdichten Einhausung versehen sein. „Wir brauchten keine richtige Dunkelkammer, da durch die starke Kurzzeitbelichtung der Fremdlichteinfluss weitestgehend kompensiert werden kann“, erklärt Dirk Hoffmann, Konstrukteur beim Fraunhofer IWU: „Dennoch musste die Einhausung blickdicht ausgeführt werden, um vor allem den Blendschutz für die Bediener zu gewährleisten und die Optik zu schützen.“ Zudem sollte die Anlage zu Wartungszwecken schnell und einfach zu öffnen sein.

Modulare Profiltechnik

Ermöglicht wird das durch den umfangreichen Systembaukasten aus Profiltechnik und Fördertechnik von mk. Vieles konnte bereits aus dem Standard-Repertoire verwenden oder entsprechend angepasst werdet. Die Anlage wird zwischen den Schritted Fertigung/Lackierung und dem Aussortieren von NIO-Teilen integriert. Dank der Systemnuten des Profilsystems sind größere Schwierigkeiten bei der Integration der Hardware nicht zu erwarten. Alexander Pierer ist von der Zusammenarbeit mit mk überzeugt: „Wir werden uns auch für zukünftige Projekte gerne wieder an mk wenden, um für unsere Software das ebenso wichtige Drumherum zu schaffen.“

Maschinenbau Kitz GmbH

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