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Präzise Positionieren und Gravieren

Leistungsfähige Bildverarbeitung optimiert den Fertigungsprozess
Präzise Positionieren und Gravieren

In der Produktion von Mikroteilen ist Präzision unumgänglich. Effiziente Bildverarbeitung ist auch hier ein wichtiger Bestandteil zur Qualitätssteigerung, Rationalisierung und Optimierung der Fertigungsprozesse. So kommt bei der Gravur von Uhren-Komponenten und anderer Teile das Softwarepaket VisionPro von Cognex zum Einsatz.

Nach Informationen von Cognex Deutschland in Karlsruhe

Seit mehr als 30 Jahren ist Laser Cheval in Pirey – ein Unternehmen der IMI Gruppe (Industries Micromechaniques Internationales) – ein Pionier bei der Entwicklung und Produktion von Laser-Mikromechanik. Das Unternehmen produziert Laserkennzeichnungs-, Schweiß-, Schneide- und Bohrmaschinen sowie benutzerspezifische Geräte. Eingesetzt in der Mikroproduktion wie beispielsweise der Uhren-/Schmuckindustrie und in der Medizintechnik.
Eine der jüngsten Entwicklungen ist eine Laseranlage zur Gravur extrem kleiner Logos auf Uhrenteile (z. B. Uhrenkronen mit einem Durchmesser von 5 bis 8 mm) unter Einhaltung von Positionstoleranzen von weniger als 50 µm. Die Maschine verarbeitet in einer durchlaufenden Charge bis zu 1200 Werkstücke innerhalb von 20 Stunden.
Automatisierung der Lasergravur
Früher wurden die einzelnen Werkstücke von Hand präzise unter dem Laserkopf platziert. Anschließend wurden die Logos auf die Werkstücke graviert. Zum Schluss wurde jedes einzelne Teil von einem Mitarbeiter auf die Qualität der Gravur hin überprüft. Der Mitarbeiter musste ständig anwesend sein, um diese Tätigkeiten auszuführen. Da die Integration der Bildverarbeitungssysteme von Cognex für mehrere vorhandene Produkte bereits erfolgreich abgeschlossen war, entschied man sich im Unternehmen, mit der neuen Maschine auch die Lasergravur zu automatisieren.
Zu erfüllende Auflagen waren:
  • Das automatische bildbasierte Positioniersystem musste die Positionstoleranzen des alten manuellen Systems möglichst unterschreiten (unter 50 µm)
  • Die Platzierung der Werkstücke musste denkbar einfach sein, ohne dass eine Vorpositionierung erforderlich war
  • Die Anlage musste in der Lage sein, mindestens 20 Stunden lang ohne Interven- tion des Bedieners zu laufen (die erforderliche Zeit für die Verarbeitung einer Charge von 1200 Werkstücken)
  • Der Bedarf an zusätzlich erforderlichen Qualitätsprüfungen musste auf ein absolutes Minimum beschränkt sein
  • Die bildbasierte Lösung musste mindestens dieselbe Zykluszeit wie das alte System aufweisen (Verarbeitung eines Werkstücks alle 60 s)
  • Die Maschinenbediener sollten die Vorgänge möglichst einfach konfigurieren können (abhängig von der Art des Werkstücks)
All diese Anforderungen machten die Auswahl eines leistungsfähigen Bildverarbeitungssystems unerlässlich.
Überzeugende Machbarkeitsstudie
Nach einigen Nachforschungen und Beratungen mit verschiedenen Lieferanten wandte sich Laser Cheval an Cognex. Angesichts der komplexen Anforderungen dieser Anwendung entschied sich das Unternehmen schnell für eine Lösung auf Grundlage eines PCs mit der leistungsfähigen Bildverarbeitungssoftware und Entwicklungsumgebung VisionPro.
„Dieses Softwarepaket bietet die erforderliche Vielseitigkeit, Vielfalt und Leistung für unsere Anwendung“, erklärte Michel Bertin, Leiter für IT-Entwicklung bei Laser Cheval. Die Technologie zur hochgenauen Positionsbestimmung von Teilen und Merkmalen, die Geometrietools und die sicheren Kalilbrierungsfunktionen von Cognex PatMax zählen zu den entscheidenden Vorteilen des Systems.“ Insbesondere die Probleme im Zusammenhang mit der Kalibrierung veranlassten das Unternehmen dazu, eine PC-basierte Lösung zu wählen, die die die erforderliche Leistung für die gestellten Anforderungen erfüllte.
„VisionPro erwies sich dabei als gute Wahl in Bezug auf die notwendige Leistungsfähigkeit. Diese Visionsoftware bietet Flexibilität durch äußerst zuverlässige Algorithmen, die auf einer umfassenden Objektbibliothek basieren. Gewährleistet wird die Fähigkeit zur Integration in unsere Entwicklungstools sowie eine hervorragende Qualität und Reichweite der integrierten Grafikkomponenten. Keiner der Konkurrenten konnte diese Vielfalt an Vorteilen überbieten“, so Bertin.
Laser Cheval entwickelte unter Verwendung von VisionPro einen Prototyp und führte am Kundenstandort Pirey die Prüfungen im Originalmaßstab durch. Die Machbarkeitsstudien unterschritten die Toleranzanforderungen, welche das Hauptkriterium für die Wahl einer automatisierten Lösung waren. Die Gravurqualität des fertig bearbeiteten Werkstücks wurde darüber hinaus statistisch erfasst. Das Ergebnis: Positionierung mit einer Standardabweichung von knapp 20 µm, bei einer Winkeltoleranz von weniger als 0,5º.
Dem Laserspezialisten gelang es, diese Anwendung umzusetzen, indem er auf die Erfahrung und das Know-how aus fast zehn Jahren maschineller Bildverarbeitung sowie die erwiesene Integrationsfähigkeit dieser Technologie in seine Maschinen setzte. Angesichts der positiven Testergebnisse übernahm der Kunde die automatische Graviermaschine mit der komplett integrierten Bildverarbeitung als zentralem Automatisierungselement.
Hohe Betriebssicherheit
Die vollautomatische mikrometergenaue Positionsbestimmung von Werkstücken konnte einfacher, flexibler, mit höherer Betriebssicherheit und weiteren Vorteilen gestaltet werden. Die Logo-Graviermaschine von Laser Cheval verfügt über motorbetriebene Achsen. Diese Achsen werden vom Bildverarbeitungssystem von Cognex gesteuert und sorgen für eine präzise Positionierung der 1200 Werkstücke pro Schicht, wobei bei jeder Sequenz bis zu 12 Werkstücke gleichzeitig aufgenommen werden.
VisionPro ortet die einzelnen Werkstücke automatisch und unabhängig von ihrer Position hochgenau auf dem Arbeitstisch. Anschließend übermittelt es die genauen Koordinaten des Werkstücks (Laserkoordinaten x, y und 0) an die Achsensteuerungen. Diese bewegen das Werkstück mit einer extremen Positioniergenauigkeit – deutlich niedriger als die manuell erreichten Toleranzen – unter den Lasergravurkopf.
Bei diesem Projekt übernahm das Unternehmen die Programmierung der automatischen Steuerung der Maschinenkomponenten (Achsen, Laser, Bildverarbeitungssystem) und entwickelte eine benutzerfreundliche Schnittstelle für die Implementierung und Modifizierung der Bildverarbeitungsprogramme. Die Spezialisten aus Pirey richteten einen gesicherten Benutzerzugang zu den Modifikationen ein, integrierten eine umfassende benutzerspezifische Konfiguration der Maschine – Barcodes der Produkte, Verpackung, Programme für die verschiedenen Teile, Kalibrierung des Bildverarbeitungssystems, etc. – und entwarfen eine besonders einfache Benutzeroberfläche.
Optimierter Produktionsprozess
Die Laser-Graviermaschine mit der Cognex Bildverarbeitung übertraf die Anforderungen des Kunden hinsichtlich Funktionalität und Leistung. Sie kann eine vollständige Charge ohne Unterbrechung verarbeiten – vom ersten bis zum letzten Teil jeder Charge. Die Bediener zeigen sich beeindruckt von der einfachen Einrichtung und Benutzerfreundlichkeit der Maschine. Der Kunde schätzt insbesondere die Fähigkeit der Anpassung an neue Werkstückgruppen durch einfaches Parametrieren. Die umfassende VisionPro Grafikbibliothek ermöglicht dem Anwender die volle Kontrolle über die laufenden Vorgänge und die Erstellung neuer Muster.
Mit dem automatisierten System muss der Anwender nur wenige Qualitätsprüfungen durch Probeentnahmen an den Teilen durchführen. Zu Beginn und am Ende einer Charge wird jeweils ein Werkstück geprüft, bisweilen ergänzt durch zufällige Probeentnahmen. Der Anwender weist auf einen weiteren Vorteil hin: „Wir können die Maschine sogar am Wochenende laufen lassen.“ Der Kunde plant nun den Einsatz weiterer Geräte mit maschineller Bildverarbeitung, um sämtliche Vorgänge rund um die Gravur weiter zu automatisieren. Bei Laser Cheval befassen sich deshalb die Techniker bereits mit der Realisierung von zusätzlichen Einsatzmöglichkeiten der extrem zuverlässigen Bildverarbeitungstools von Cognex. Beispielsweise die Steuerung anderer vollautomatischer Gravuranwendungen, 3D-Anwendungen und Vieles mehr. ge

PRAXIS PLUS
Das leistungsfähige Bildverarbeitungs-Softwarepaket VisionPro von Cognex ist hardwareunabhängig und bietet eine breite Palette von Funktionalitäten für alle Industriebranchen. Integriert ist eine umfassende Bibliothek von effizient und sicher arbeitenden Vision-Tools zur Qualitätssicherung und für Ident-Aufgaben. Außerdem ist eine vielseitige Vision-Entwicklungsumgebung enthalten. Die aktuelle Version von VisionPro ist das Ergebnis Jahrzehnte langer Erfahrung und Entwicklung in der industriellen Bildverarbeitung. Die enthaltene Vision-Software PatMax verwendet geometrische Grundstrukturen für die Objekterkennung. Aus der Analyse der geometrischen Informationen sowohl der Merkmale als auch deren räumliche Relation wird die Position des Objektes mit hoher Genauigkeit bestimmt.
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