Neuland betreten
Vollautomatische Prüfung auf Lunker ab 0,4mm
Damit nur lunkerfreie Aluminium-Druckgussteile ausgeliefert werden, stellt bei Gruber&Kaja seit 2016 ein von Autforce entwickeltes Multi-Kamerasystem die zuverlässige Erkennung von Hohlräumen ab 0,4mm bei einer Bauteilgröße von 350x400mm sicher. Damit lösten die Visionspezialisten – auch mithilfe von sechs Industriekameras der Baumer LX-Serie – eine Aufgabe, die bisher als nicht automatisierbar galt.
Bild 1 | Kleine Hohlräume, die durch das Schwinden des Werkstoffvolumens bei der Abkühlung und Erstarrung der Schmelze gegossener Bauteile entstehen, können die Funktion gegossener Bauteile beeinträchtigen. (Bild: Autforce Vision Systems GmbH)
Für die Gruber&Kaja High Tech Metals GmbH, die sich als Zulieferer der Automobilindustrie u.a. auf motornahe Aluminium-Druckgussteile spezialisiert hat, ist die Auslieferung lunkerfreier Bauteile ein maßgebender Erfolgsfaktor, der für die Qualität und Langlebigkeit ihrer Produkte steht. Dies ist vor allem bei planen CNC-bearbeiteten Dichtflächen entscheidend, um das vollständige Anliegen der Dichtlippe sicherzustellen. Im Zuge des Automatisierungsausbaus der Produktionsprozesse investierte Gruber&Kaja auch in die bisher manuell durchgeführte visuelle Lunkerprüfung. Die Aufgabe: Bei einer Bauteilgröße von 350x400mm Lunker bereits ab 0,4mm sicher detektieren. Die in Lienz ansässige Autforce Vision Systems GmbH war der einzige Anbieter, der die anspruchsvollen Vorgaben erfüllen konnte. Der Systemansatz der österreichischen Experten überzeugte, da sie neben der Qualitätsprüfung auch die Laser-Codierung der Bauteile im Fertigungstakt von 50sec vornehmen konnten, um eine eindeutige Rückverfolgbarkeit sicherzustellen.
Multi-Kamerasystem
„Wir haben hier Neuland betreten. Uns und auch Gruber&Kaja war kein System am Markt bekannt, welches automatisiert so kleine Lunker bei der gegebenen Bauteilgröße erkennt bzw. auswertet“, erklärt Stefan Perg, einer der Geschäftsführer bei Autforce. Neben der Ausdehnung der Lunker selbst war auch die Mindestrauheit der Bauteile in den vorgegebenen aktiven und passiven Dichtbereichen eine komplexe Anforderung. So mussten für die Bildaufnahme auch die Bearbeitungsspuren der Flächen wie Fräsriefen berücksichtigt werden. Der Lösungsansatz von Autforce: Ein Multi-Kamerasystem mit einem speziell konstruierten kuppelförmigen Beleuchtungsraum. „Durch die Bildaufteilung auf mehrere Kameras minimierten wir die Verzerrung und erhöhten die optische Auflösung. Und dank der Beleuchtungskuppel erzielten wir eine optimale Ausleuchtung, um die durch die Bearbeitung entstandenen Fräsriefen herauszufiltern und damit sprichwörtlich unsichtbar zu machen“, erläutert Perg den zentralen Systemaufbau. Auch die räumlichen Gegebenheiten bei Gruber&Kaja waren im Rahmen der Gesamtautomatisierung herausfordernd, da im Vergleich zu den relativ großen Bauteilen starker Platzmangel herrschte. „Da am vorgesehenen Platz bereits eine Maschine stand, musste unser Anlagenteil auf diese Einheit aufgebaut werden. Dabei musste natürlich auch die maximale Höhe des Roboters, der die Teile in den Kamerabereich einlegt, beachtet werden“, so Perg.
Mehrstufige Bildauswertung
Bild 2 | Bei den Bauteilen werden Lunker ab 0,4mm zuverlässig erkannt und in
Lage und Größe dokumentiert. (Bild: Autforce Vision Systems GmbH)
Im Mittelpunkt der Anlage steht die Prüfzelle mit Beleuchtungskuppel, in der ein leichter Überdruck herrscht, um das Eindringen von Schmutz zu verhindern. Zur Bildaufnahme setzt Autforce auf sechs GigE Kameras der LX-Serie von Baumer mit einer Auflösung von 8MP. „Die Vorteile der Bildaufnahme mit sechs einzelnen Kameras liegen hauptsächlich darin, die Verzerrungen der einzelnen Bilder so gering wie möglich zu halten und die optimale Bildauflösung zu erhalten“, erklärt Herr Perg. Die Bildauswertung erfolgt dank 3rd Party Kompatibilität der Kameras über Halcon. Dazu programmierte Autforce eine Anwendung, mit der die aufgenommenen Einzelbilder pixelgenau zu einem Gesamtbild zusammengefügt und anschließend mit den originalen CAD-Daten des aktuell zu prüfenden Bauteils zur Definition der Prüfregionen überlagert werden. Der ganze Vorgang dauert nur wenige Sekunden. Noch während der Auswertung dreht sich der Spannrahmen, in dem sich das Bauteil befindet, um 180° Grad. Wichtiges Kriterium bei der Auswahl der idealen Kameras für das System waren das Verhältnis zwischen Auflösung und Pixelgröße. „Wir suchten nach einer Kamera in robuster Bauweise, bei der trotz hoher optischer Auflösung die Chipgröße und damit die Größe der einzelnen Pixel nicht zu klein wird“, erläutert Perg. Ausgestattet mit dem CMV8000 Global Shutter Sensor von ams (ehemals Cmosis) waren die LXG-80 Kameras mit einer Pixelgröße von 5,5×5,5µm bei einer Auflösung von 3.360×2.496 Pixel die ideale Wahl. Dank GigE Vision konformer Schnittstelle konnten die Kameras schnell und kostengünstig in die gesamte Anlage inkl. Steuerung eingebunden werden.
Rückverfolgbarkeit
Nach den Aufnahmen wird das Bauteil in eine eigene Zone gefahren, in der die Lasermarkierung vorgenommen wird. Dort werden Datum, Uhrzeit und DataMatrix-Code aufgebracht, um die Produktrückverfolgbarkeit im weiteren Produktions- und Lebenszyklus sicherzustellen. Wird die Lunkerprüfung nicht bestanden, wird jedoch nur ein Teil vom Code geschrieben, der nach erfolgreicher Nacharbeit inkl. Prüfung später noch ergänzt wird. „So wird das Bauteil bereits vor dem zweiten Durchlauf erfasst und die Nacharbeit ist Teil der gespeicherten Produktinformation“, erläutert Perg.
