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Bildverarbeitungssensoren Fehlerfreie Öleinfülldeckelmontage

cognex camera inspecting miniature precision components

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Mit den Checker Bildverarbeitungssensoren von Cognex verhindert MPC Montagefehler und verbessert die Produktivität

Bei der Lieferung von Teilen an die weltweit führenden Autohersteller bleibt kein Platz für Fehler. Aus diesem Grund verwendet die Miniature Precision Components Inc. (MPC) drei Bildverarbeitungssensoren, um die automatisierte Montage von Öleinfülldeckeln in ihrem Werk in Prairie du Chien, WI fehlerfrei zu machen.

Diese 100.000 Quadratfuß große Anlage mit 41 Formmaschinen im Größenbereich von 25 bis 550 Tonnen beschäftigt 450 Mitarbeiter. Die vier Fertigungswerke von MPC erbringen ca. $167 Millionen pro Jahr und beliefern die Automobilindustrie und die gewerbliche Industrie mit hochwertigen Spritzgussteilen und -baugruppen.

Qualität ist bei MPC ein Muss. Der Hersteller ist seit 1989 einer der bevorzugten Q1 Lieferanten von Ford und hat zahlreiche Lieferantenauszeichnungen von GM, Nissan, Harley Davidson und Chrysler bekommen.

Außer den Öleinfülldecken fertigt das Werk eine Menge andere thermoplastische Teile und Baugruppen wie PCV-Ventile, Thermostatgehäuse und Schnellanschlüsse für Abgaskontrollsysteme.

Qualität durch Automatisierung

“Wir erreichen Qualität durch Automatisierung, und die Maschinenvision ist ein Hauptbestandteil unserer Automatisierungsstrategie der letzten sieben Jahre,” erläutert Shane Harsha, der Leiter der Fertigungstechnik von MPC.

Ein automatisiertens Montagesystem für Öleinfülldeckel ist ein typisches Beispiel. Der für Automatisierung und Werkzeuge zuständige Ingenieur bei MPC, Brian Champion, hat kürzlich die herkömmliche Werkzeug- und Sensortechnik durch Checker Bildverarbeitungssensoren der Cognex Corp. erweitert.

Die Aufrüstung war sehr kosteneffektiv und garantierte eine stark verbesserte Wiederholgenauigkeit. Die Produktion von fehlerfreien Öleinfülldeckeln wurde dadurch effektiver.

“Da die Checker Bildverarbeitungssensoren so einfach einzurichten und aufzubauen sind, bieten sie eine kosteneffektive Lösung für Inspektionen, bei denen herkömmliche Sensoren nicht zuverlässig sind und ein komplettes Bildverarbeitungssystem zu teuer ist,” erläutert Harsha.

Öleinfülldeckel in Millionenauflage herstellen

Das Montagesystem von MPC für Öleinfülldeckel montiert O-Ringe in geformte Thermoplastikdeckel und bringt oben auf den Deckeln einen Aufdruck an. Das System verwendet zwei Vibratoren mit einem Durchmesser von vier Fuß. Einer führt dem Prozess die O-Ringe zu, der andere die Öleinfülldeckel.

Ein Vibrator besteht aus einer großen Schale mit einer spiralförmigen Rampe an der Seite. Wenn die Schale vibriert, werden die Teile einzeln die Rampe nach oben zu einem Inline-Förderer transportiert. Am Ende des Inline-Förderers übergibt ein Beschickungsarm die O-Ringe an die erste Station auf einer Montagedrehscheibe.

Sobald ein O-Ring in eine Spannvorrichtung auf der Scheibe eingelegt ist, wird zur zweiten Station weitergeschaltet. Dort führt ein weiterer Inline-Förderer blanke Deckel aus dem anderen Vibrator einem zweiten Beschickungsarm zu, der die Deckel oben auf die eingelegten Dichtungen drückt.

Um den Prozess abzuschließen, läuft die montierte Deckel-/Dichtungsbaugruppe auf der Drehscheibe durch die Druck- und Endkontrollstationen.

Kontrolle der Teileausrichtung

Die genaue Kontrolle der Ausrichtung von O-Ring und Deckel ist sehr wichtig, um sicherzustellen, dass die Dichtung richtig eingesetzt ist, damit der Öleinfülldeckel wie beabsichtigt funktioniert. Der Öleinfülldeckel muss auch vor dem Drucken richtig ausgerichtet sein, um die strengen Qualitätsanforderungen zu erfüllen.

Da sich die harten Werkzeuge und herkömmlichen Sensoren im Montagesystem für die Öleinfülldeckel als unzuverlässig herausgestellt haben, wählte MPC drei Checker 202 Bildverarbeitungssensoren, die die richtige Ausrichtung von O-Ring und Deckel sicherstellen sollten.

Der erste Sensor erfasst umgedrehte O-Ringe zwischen Vibrator und Inline-Förderer. Ein zweiter Bildverarbeitungssensor überprüft, dass der O-Ring richtig in der Spannvorrichtung auf der Scheibe positioniert ist, bevor der Deckel aufgepresst wird. Ein dritter Sensor stellt sicher, dass der Deckel vor der Montage und dem Druck richtig ausgerichtet ist.

Umgedrehte O-Ringe entfernen

Jeder O-Ring besitzt auf einer Seite einen Dichtungswulst. Der Dichtungswulst muss nach unten zeigen, wenn die Dichtung auf die Montagescheibe gelangt. Wenn nicht, schaltet die Maschine ab. Der Bediener muss vor dem Neustart der Maschine eingreifen und die Dichtung neu ausrichten.

Das mechanische Werkzeug im Vibrator waren so konzipiert, dass umgedrehte O-Ringe gar nicht in den Prozess gelangen. Nach der Aussage von Champion war das Werkzeug unzuverlässig. O-Ring, die leicht verbogen oder nicht ganz flach waren, sind gelegentlich hinter das Werkzeug gelangt und wurden dann verkehrt herum beschickt, was wiederum zu einem Maschinenstillstand geführt hat.
 
“Das Entfernen dieser Dichtungen durch den Bediener und der Neustart der Maschine hat sich sehr nachteilig auf unsere Produktivität ausgewirkt,” sagt Harsha. “Wenn die Fertigungsrate von 360 auf 200 Deckel pro Stunde fällt, kostet uns das ca. $20.000,00 pro Jahr an Ausfallzeit. Da wir volle Fertigungsvolumen anstreben, könnten diese Kosten bis auf $120.000,00 pro Jahr ansteigen.”

Die Konzernzentrale von MPC in Walworth, WI hatte zuvor Harsah und seinem Team die neuen Checker Bildverarbeitungssensoren von Cognex vorgestellt. Harsha und Champion kamen zu dem Schluss, dass diese Bildverarbeitungssensoren perfekt für diese Anwendung sind.

Nach einer Demonstration haben sie die Checker 202 Bildverarbeitungssensoren gewählt, da diese eine einfache, aber dennoch leistungsstarke grafische Form der Leiterlogik haben, durch die die einzelnen Checker Inspektionssensoren direkt an Ausgänge angeschlossen werden können und so eine leichte Lösung auf für schwierige Anwendungen möglich ist.

“Dank geringer Größe, eingebauter Beleuchtung, variablem Arbeitsabstand, Leiterlogik und Freilauffähigkeit sind diese Geräte leicht zu installieren. Sie müssen nicht an eine SPS angeschlossen werden, es müssen keine Triggersensoren installiert und verkabelt werden, und durch die Einrichtung in vier Schritten ist das der einfachste Bildverarbeitungssensor, den ich je verwendet habe,” sagt Champion. “Im Gegensatz zu den Bildverarbeitungssystemen, die wir in der Vergangenheit verwendet haben, kann ich die gesamte Inspektion mit dem Checker in wenigen Minuten einrichten.”

Einfache Einrichtung, leistungsstarker Betrieb

Die Verwendung von Checker ist so einfach: nur einen eingebauten Teilelokalisierungssensor auswählen und dann die Inspektionssensoren auf die zu inspizierenden Merkmale stellen. Das Gerät enthält drei Typen von Inspektionssensoren, die sich für eine Vielzahl von Anwendungen in vielen Industriebereichen eignen:

  • Helligkeitssensoren suchen helle und dunkle Bereiche
  • Kontraststensoren überprüfen Merkmale, die helle und dunkle Bereiche wie zum Beispiel Datencodes, Linien und Barcodes enthalten
  • Mustersensoren wissen wie ein Merkmal aussieht und signalisieren, wenn es fleckig ist.

Um umgedrehte O-Ringe in dieser Anwendung zu erkennen, hat Champion den Checker 202 eingerichtet, in dem er zuerst den Teilelokalisierungssensor so "unterwiesen" hat, dass er nach dem O-Ring im Bild sucht. Dann hat er einen Mustersensor an der richtigen Stelle angebracht, um das Vorhandensein bzw. Nichtvorhandensein der Dichtungswulst zu kontrollieren.

Der Mustersensor sucht das Muster des Dichtungswulstes auf dem O-Ring und meldet, wenn er es erkannt hat. Der Mustersensor bleibt in einer festen Position zum Teilelokalisierungssensor, so dass er immer in der richtigen Stellung ist, um die Form der Dichtungswulst zu suchen.

Wenn die Dichtungswulst fehlt, sendet der Bildverarbeitungssensor ein Signal über einen Optokoppler an ein pneumatisches Magnetventil, das den umgekehrten O-Ring von der Linie weg und zurück in den Vibrator bläst.

Da die Lösung so einfach und kostengünstig war und die Einrichtung und Installierung des ersten Bildverarbeitungssensor weniger als eine Stunde dauerte, hat Champion beschlossen, den Montageprozess der Öleinfülldeckel durch zwei weitere Sensoren völlig fehlerfrei zu gestalten.

Beide Sensoren werden in der nächsten Station verwendet, wo der Deckel auf den O-Ring aufgepresst wird. Einer ist auf dem beweglichen Beschickungsarm montiert. Der zweite ist über dem Inline-Förderer, dier die Deckel dem Prozess zuführt, montiert.

Zwei zusätzliche Sensoren

Champion hat den Bildverarbeitungssensor auf den beweglichen Arm fast genauso eingerichtet wie den Sensor, der die umgedrehten O-Ringe aus dem Vibrator lokalisiert. Zuerst wird mit dem Sensor für die Teilelokalisierung der O-Ring im Bild gesucht, dann kontrolliert ein Mustersensor das Vorhandensein bzw. Nichtvorhandensein der Dichtungswulst. So kann der Bildverarbeitungssensor garantieren, dass der O-Ring vor dem Aufpressen des Deckels richtig eingelegt ist.

Der letze Bildverarbeitungssensor wird über dem Inline-Förderer, der die Deckel dem Prozess zuführt, montiert, genau oberhalb des Beschickungsarms, der die Deckel auf die O-Ringe auf der Montagescheibe presst.

Dieser Bildverarbeitungssensor überprüft die Ausrichtung des Deckels. Er wird fast gleich eingerichtet. Zuerst wird dem Sensor für die Teilelokalisieung beigebracht, einen Eckenradius des Öleinfülldeckels zu erkennen und dann werden zwei Mustersensoren so eingerichtet, dass sie die grafische Darstellung von Ölkannengriff und Öltropfen erkennen.

Dadurch, dass der Bildverarbeitungssensor für zwei Muster eingerichtet wird, kann er die Ausrichtung des Deckels bestimmen. Wenn der Deckel für die Montage nicht richtig ausgerichtet ist, signalisiert der Sensor dem Beschickungsarm, dass er den Deckel vor dem Ablegen auf der Montagescheibe um 180 Grad drehen muss.

“Durch die Checker Bildverarbeitungssensoren konnten wir Null-Fehler-Raten im Fertigungsprozess erreichen und gleichzeitig den Ausschuss reduzieren,” merkt Harsha an. Sie sind die perfekte Lösung für viele unserer Inspektions- und Fehlerbeseitungs-Anwendungen."

Für weitere Informationen über Cognex Anwendungslösungen:

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