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Komplettprüfungen mit Cognex Multi-Kamera-System

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Oberflächeninspektion und Geometrievermessung in einem Durchlauf mit Cognex Industriekameras in einer automatisierten Prüfvorrichtung des Systemintegrators Wisatec

Für die Bauteilkomplettprüfung entwickelt Wisatec, ein Cognex Partner System Integrator (PSI), mithilfe von Standardkomponenten schlüsselfertige Anlagen, die auf einer universellen Prüfzelle basieren. Wisatec kombiniert dabei verschiedene Industriekameras von Cognex, die im Flächen- und Linien-Scan kleine metallische Bauteile zuverlässig und schnell an allen relevanten Flächen auf Mängel inspizieren. Die Auswertung in der Prüfanlage übernimmt die Cognex Bildverarbeitungs-Software VisionPro in Verbindung mit dem Cognex Designer.

Die zu prüfenden kleinen metallischen Zylinder mit einem Loch in der Mitte sind kaum einen Zentimeter groß, nicht besonders griffig, mit einer Fase an der Stirnseite und aufgedruckten Codes. Bei den Bauteilen handelt es sich um diverse Buchsen und Scheiben aus einer Sonderlegierung, die die Firma Deloro Wear Solutions in Koblenz für die Automobilindustrie herstellt. Bei diesen Buchsen muss geprüft werden, ob die Geometrie maßhaltig und die Oberfläche unversehrt ist. Das betrifft alle kritischen Stellen: oben, unten, außen, innen. Zugleich soll der Code gelesen werden, und das alles natürlich möglichst schnell in nur einer einzigen Anlage für all die vielen unterschiedlichen Bauteile. Hierfür ist eine extrem flexible und kompakte Prüfvorrichtung erforderlich, die mit Cognex Industriekameras (CIC) ausgestattet ist. Die Anlage soll sich als eigenständiges Prüfmodul nahtlos in die Deloro Produktionslinie integrieren.

Standard-Prüfmodul mit flexibler Kamerabestückung

Ralf Elbert, Geschäftsführer von Wisatec, erläutert das hierfür vorgesehene Anlagenkonzept: „Wir verfügen mit der Kamera-Prüfvorrichtung PG2 über eine universell einsetzbare Plattform, um Anwendungen im zwei- bzw. dreidimensionalen Bereich zu realisieren. Die steckerfertige Universalsteuerung erlaubt es, unterschiedliche Cognex Kameratypen und Laser-Profilsensoren anzuschließen. Alle notwendigen Software-Tools, wie beispielsweise der Cognex Designer oder die VisionPro Bildverarbeitungs-Software, sind bereits vorinstalliert.“

Die Anlage PG2 wurde dafür ausgelegt, Werkstücke mit Abmessungen bis 50 mm x 50 mm zu inspizieren. Sie arbeitet alle Mess- und Prüfaufgaben sequentiell ab, wobei das zu vermessende Werkstück motorisch mittels 3-Achs-Linearportal verfahren wird. Die Basis-Komponente der PG2-Anlage besteht aus einem fertig aufgebauten und vorkonfigurierten Schaltschrank. Er enthält die SPS, die Motoransteuerung, einen Industrie-PC inklusive Controller und die Cognex VisionPro Software für die Bildverarbeitung.

Die Rechnereinheit ist mit einer wartungsfreien Stromversorgung (USV) ausgestattet. Das System arbeitet lüfterlos, leise und wartungsfrei - es handelt sich um eine äußerst elegante Lösung, da zusätzliche Komponenten, beispielsweise externe Controller für die Kameras, entfallen. Im PC werden die Berechnungen der Mess-und Prüfdaten unmittelbar ausgewertet und auf dem Touch-Screen angezeigt.

Mit Cognex VisionPro kommt die führende PC-basierte Bildverarbeitungssoftware zum Einsatz, die alle Arten einer hochauflösenden Bilderfassung unterstützt: analog, digital, Farbe, schwarz-weiß, Flächen- oder Zeilenabtastung, Mehrkanal und Multiplex. Die Software arbeitet unabhängig von den eingesetzten Cognex Industriekameras. Sie übernimmt dank ihrer robusten und bewährten Tool-Bibliothek alle benötigten Funktionen: von der geometrischen Objektlokalisierung, der Prüfung, Vermessung und Identifikation bis hin zu Spezialfunktionen.

Geometrieprüfung mit telezentrischem System

Im ersten Schritt der Qualitätsprüfung bei Deloro wird die Außengeometrie der Buchsen im Durchlichtverfahren mit Hilfe eines telezentrischen Profilprojektors kontrolliert. Dabei nimmt eine Cognex Industriekamera das Schattenbild des Bauteils auf. Es handelt sich um die monochrome Flächenkamera CIC-2000 mit einer Auflösung von 2 MP und einer Bildfrequenz 60 fps. Sie ist mit ihren Abmessungen von 42 mm x 29 mm x 29 mm extrem kompakt und lässt sich auch in engen Bauräumen dank verschiedener Befestigungsoptionen in jeder Lage gut integrieren. Sie kann alle im Profil ersichtlichen Maße des Werkstückes auswerten. Hierzu zählen Durchmesser, Höhen, Absätze, Winkel, Fasen, Radien, Konturen, aber auch die Rundheit, die durch das Drehen der Buchse um 360° um die eigene Achse geprüft werden kann.

Nach dem Trigger für das Kamerasystem überträgt die GigE-Vision-Schnittstelle die erfassten Bilddaten in Echtzeit zur Weiterverarbeitung an den PC im Schaltschrank des PG2-Moduls. Die VisionPro Software von Cognex ermittelt, ob die Werte für Durchmesser, Höhe, Fase, Radius und Abmessungen der Einstiche bzw. Bohrungen sowie die Rundheit im Toleranzbereich liegen. Nach der Analyse der Messdaten mit der Cognex VisionPro Software erfolgt unmittelbar eine Gutteile- bzw. Schlechtteile-Sortierung: Fehlerhafte Prüflinge werden vom Greifer unverzüglich in die NIO-Kiste befördert.

Flächenkamerasystem für die Stirnseiten

Der nächste Schritt sieht eine stirnseitige Prüfung vor - oben und unten. Hierbei prüft eine weitere CIC-2000 Flächenkamera die Buchsen-Oberfläche auf Einschlüsse, Lunker, Kratzer und andere Beschädigungen. Sie kann zugleich auch den Innenbohrungsdurchmesser und, bei Bedarf, verschiedene Bohrbilder überprüfen. Auch das Auslesen verschiedener Codes und Schriften (OCR) ist möglich, ebenso eine Farbprüfung, falls erforderlich. Zur Prüfung beider Stirnseiten ist am 3-Achs-Linearportal eine Greif-Wendeeinheit vorhanden. Nach der Drehung des Prüflings erfolgt die Inspektion der Unterseite - und das alles in wenigen Millisekunden.

Zeilenkamerasystem für die Mantelflächen

Danach ist die Mantelfläche dran: Auch sie darf keine Beschädigungen aufweisen - selbst kleinste Kratzer sind nicht tolerierbar und können in diesem Prozessschritt erkannt werden. Anstelle einer Flächenkamera kommt hier die Zeilenkamera CIC-4KL von Cognex zum Einsatz. Diese liefert mit einer 4K-Auflösung und einer Zeilenfrequenz von 26 kHz höchste Leistung dank modernster CMOS-Technologie. Das Werkstück rotiert auch hier über eine Dreheinheit. Somit wird die komplette Mantelfläche abgewickelt und inspiziert.

Auf der Mantelfläche der Buchsen ist ein DataMatrix-Code und eine Beschriftung in Klarschrift angebracht, um den Anforderungen der Automobilindustrie entsprechend der Rückverfolgbarkeit in der Zulieferkette zu jedem Zeitpunkt zu gewährleisten. Beim Mantelflächen-Scan erfasst die Zeilenkamera von Cognex zugleich auch den Code und legt die Bauteildaten zusammen mit den Prüfdaten ab.

Bohrungsprüfung mit schräger Systemanordnung

Da es sich bei den Prüflingen um Buchsen handelt, muss auch die Innenwand in der gesamten Höhe geprüft werden. Zu diesem Zweck ist oberhalb des Bauteils eine Cognex CIC-Kamera mit Beleuchtungseinheit in Schrägstellung installiert. Auch hier sorgt die Dreheinheit wieder dafür, dass der Prüfling nach dem Trigger einmal um 360° um die Achse gedreht wird und das Kamerasystem den oberen Teil der Bohrung somit rundherum erfassen kann. Danach wird das Bauteil wieder mit der Greif-Wendeeinheit gepackt, längsseitig um 180° (von oben nach unten) gedreht, und dann der untere Bohrungsteil auf die gleiche Weise inspiziert.

Die VisionPro Software speichert automatisch alle Messdaten und ermöglicht eine schnelle und dauerhafte Dokumentation der Ergebnisse. Wisatec demonstriert mit der PG2-Anlage, wie intelligent, zuverlässig und effizient eine 100-Prozent-Prüfung unter Verwendung von Cognex Industriekameras und Bildverarbeitungssoftware sein kann.

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