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Optische Sensoren in der Teileinspektion

Innovative Lichtschnittsensoren für die effiziente Qualitätskontrolle
Optische Sensoren in der Teileinspektion

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Qualitätsprüfungen spielen in automatisierten Produktionsprozessen eine wichtige Rolle. Mit seinen kompakten, kalibrierten Lichtschnittsensoren bietet Baumer ein Lösungsportfolio für die geometrische Vermessung von Objekten. Diese optischen Sensoren schließen die Lücke zwischen taktilen Sensor-lösungen und aufwändigen 3D-Messystemen und eignen sich für verschiedene Applikationen.

Andrea Memminger-Wäsch und Dr. Volker Engels, Business Unit Sensor Solutions, Baumer Electric

Beim Einsatz automatisierter Prüfverfahren geht es primär darum festzustellen, ob gewisse Produktionsparameter innerhalb vorgegebener Grenzwerte liegen. Die Inspektion kann dabei sowohl durch die Entnahme der zu kontrollierenden Teile aus dem Produktionsprozess im Prüflabor als auch kontinuierlich im Produktionsprozess selbst erfolgen. Die In-Line-Methode mittels innovativer Lichtschnittsensoren ermöglicht eine kontinuierliche Prozesssteuerung.
Je besser und konstanter die Qualität der produzierten Teile ist, desto weniger Nachbearbeitung ist erforderlich. Ausschussmengen und Produktions-Stillstandzeiten gehen gegen Null und teure Rücksendungen bzw. Ersatzlieferungen gehören der Vergangenheit an. Die Daten aus den Messungen helfen zudem, die Produktionsprozesse kontinuierlich zu optimieren, um das Ziel einer Null-Fehler-Produk-tion zu erreichen. Die Qualitätskontrolle umfasst aber nicht nur die Produkte selber, auch die Werkzeuge werden kontinuierlich überwacht. Wartungsintervalle können somit vorausschauend geplant und optimiert werden.
Bei der Auswahl der Methoden steht dem Anwender eine Fülle an Instrumenten zur Verfügung. Diese reichen von individuell konfigurierten Sensorlösungen über taktile Messmethoden, kompakte Bildverarbeitungssysteme oder 3D-Profilsensoren bis hin zu leistungsfähigen Industriekameras mit PC-basierten Bildverarbeitungsprogrammen. Alle diese Lösungen liefern Messergebnisse hoher Präzision, sind aber mit Aufwand und Kosten verbunden.
Der Kostendruck in der Produktion erfordert einfache und flexible Lösungen. Genauso eine Lösung bietet Baumer mit der neuen Generation der PosCon-Lichtschnittsensoren. Die Sensoren bieten komplexe Funktionen wie eine innovative Kanten- oder Höhenmessung in einem einfach zu bedienenden, kompakten Gehäuse. Die Sensoren funktionieren ohne Reflektor und lassen sich dank sichtbarer Laserline und einer optisch ausgerichteten Achse schnell in Betrieb nehmen. Nach der Installation müssen dank der vordefinierten Messfunktionen nur noch wenige Parameter eingestellt werden, ganz ohne externe Software. Eine weitere Eigenschaft der Sensoren ist die direkte Ausgabe der Messwerte in mm. Die Werte können direkt in der Steuerung weiterverarbeitet werden. Dank der intelligenten Auswertung ermöglichen die Sensoren nicht nur die effiziente Vermessung von Formteilen oder die präzise Positionierung von Werkzeugen oder Robotern, sondern auch die Realisierung effizienter Check&Sort-Funktionalität mittels Schwellwertvergleichen.
Vermessung von Kanten, Breiten und Lücken
Der PosCon 3D ist speziell auf die Vermessung von Objektkanten, Breiten und Lücken spezialisiert und eignet sich unter anderem für den Einsatz in der Materialzuführung oder der Endkontrolle. Die Vermessung erfolgt unabhängig von Farbe, Oberflächen und Höhenschlag. Die Sensoren können in Relation zur Standardmontage bis zu ±30° in einem beliebigen Winkel geneigt montiert werden. Dies bietet Vorteile, wenn die Platzverhältnisse keine andere Montagemöglichkeit zulassen, vor allem, da die Sensoren keinen Reflektor benötigen.
Die Einsatzmöglichkeiten sind vielseitig. Ein Beispiel ist die effiziente Bestimmung von Blechdicken in der In-Line-Qualitätskontrolle bei der Materialzuführung. Der Sensor ermöglicht dabei den automatischen Abgleich mit Toleranz-Schwellenwerten, selbst bei schnellen Transportgeschwindigkeiten. Bleche, die den Spezifikationen nicht entsprechen, werden identifiziert und aussortiert. Teure Nacharbeiten oder ein Umtausch fehlerhafter Produkte können so vermieden werden. Eine direkte Doppelblechkontrolle reduziert Produktions-Stillständen und verhindert Beschädigungen des Werkzeuges bei der weiteren Verarbeitung der Bleche.
Höhen clever messen
Auch die Vermessung von Objekthöhen ist eine wichtige Kennzahl in der Qualitätskontrolle. Der PosCon HM bietet hierfür eine intelligente Höhenmessung von Objekten mit gleich fünf Kennzahlen, ohne exakte Positionierung der Messobjekte. Und das selbst auf sehr dunkle oder glänzende Oberflächen. In Kombination mit seiner hohen Messgenauigkeit von bis zu 2 μm eignet er sich für eine Vielzahl von Anwendungen. Ein Beispiel ist die Kontrolle von schwarzen Gummidichtungen für Seitenscheiben in der Automobilindustrie. Die Prüfung erfolgt in diesem Fall stichprobenartig off-line an einem speziellen Prüfstand. Die Dichtungen werden in spezielle Halterungen an einem Messplatz montiert. Die Form und die Rundungen der Dichtung können dabei variieren, dürfen jedoch spezielle Grenzwerte nicht überschreiten. Die Herausforderung für den Sensor liegt hier sowohl in der Form, genauer gesagt den Rundungen, als auch im schwarzen, lichtabsorbierenden Material. Leistungsfähige Algorithmen analysieren im PosCon HM bis zu 600 Höheninformationen pro Messung und ermitteln die maximale Objekthöhe unabhängig von der Lage des Objektes. Nur der PosCon HM erlaubt es, diese Messung überhaupt durchzuführen und liefert präzise, zuverlässige Messergebnisse mit einer Messrate bis zu 1540 Hz.
Der PosCon HM eignet sich aber nicht nur für die Vermessung von Formteilen aus anspruchsvollen Materialen. Dank der integrierten Auswertealgorithmen sind die Sensoren eine kostengünstige Alternative für eine Vielzahl von Check&Sort-Applikationen. Der Sensor identifiziert im Delta-Mode fehlerhafte Produkte aufgrund einer abweichenden Form. Ein Beispiel hierfür ist die Kontrolle der Versiegelung von Joghurtbechern. Eine starke Wölbung der Versiegelung deutet auf einen falschen Gärungsprozess hin. Durch die Check&Sort-Funktion werden fehlerhafte Produkte in der Produktion direkt aussortiert. Die Inbetriebnahme des Sensors ist denkbar einfach und erfordert weder externe Software noch Programmier-Know-how. Nach der Auswahl der Funktion und dem Modus, was auch direkt über das intuitive Touch-Display am Sensor selber erfolgen kann, muss nur noch der digitale Ausgang parametriert werden und schon liefert der PosCon HM das Prüfergebnis.
Kontrollen bei runden Objekten ohne Reflektor
Der dritte Sensor im Portfolio, der PosCon CM, ermöglicht das problemlose Vermessen von Mittelpunkt, Durchmesser und Außenpositionen bei runden Objekten mit einem Außendurchmesser von 30 bis 130 mm. Der Sensor benötigt dabei weder einen Reflektor noch externe Software. Dank der Kalibrierung ab Werk werden die Messwerte automatisch in mm ermittelt. Ein wichtiger Einsatzbereich für einen solchen Sensor ist die End- bzw. Abnahmekontrolle von Stahlrohren. Der Sensor kontrolliert den Durchmesser der Stahlrohre durch die Ermittlung absoluter Messwerte. Dies ermöglicht eine frühzeitige Nachjustierung der Werkzeuge, sobald die Messwerte außerhalb eines festgesetzten Schwellenwertes liegen. Die Ausschussrate wird so deutlich minimiert. Die Messwerte liefern darüber hinaus Informationen über die Abnutzung des Werkzeuges und somit Daten für einen geplanten, vorausschauenden Wartungsprozess. Auch in der Materialzuführung ist der PosCon CM ein wichtiges Kontrollwerkzeug. Statt eines Barcodes werden bei runden Metallteilen oft kodierte Messringe eingesetzt, um das richtige Material für die Weiterverarbeitung zu identifizieren. Durch die Ermittlung von Außenpositionen und Mittelpunkt ist eine schnelle Prüfung der Objektorientierung der runden Teile direkt in der Produktion möglich. Der PosCon HM liefert somit die Basis, um Ausschussraten in der Produktion zu minimieren und kostspielige Rückläufe zu vermeiden. ge
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