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Auf 200 μm genau vermessen

Eigenentwicklung einer ausgeklügelten Bildverarbeitungsapplikation
Auf 200 μm genau vermessen

Um die hohe Qualität ihrer Produkte sicherstellen zu können, hat die hausinterne Bildverarbeitungsabteilung der Sturm-Gruppe eine kamerabasierte Blechteilkontrolle entwickelt. Diese gleicht die Bilddaten mit den jeweils zugehörigen CAD-Daten ab und visualisiert das Ergebnis am Bedienerbildschirm. In Sachen Bildverarbeitungskomponenten hat sich das Unternehmen dabei auf die Beratung von Stemmer Imaging verlassen.

Der Autor: Peter Stiefenhöfer,Leiter Marketing und Öffentlichkeitsarbeit, Stemmer Imaging

Eine hundertprozentige Qualitätssicherung bei zunehmend lückenloser Teilerückverfolgbarkeit wird bei der lohnfertigenden Sturm-Gruppe vorausgesetzt. Besonders da namhafte Unternehmen wie die Automobilhersteller BMW, VW/Audi, Renault und Land Rover sowie Anlagenbauer wie Buderus und Siemens zu ihren Kunden zählen. Diese Anforderungen bedeuten, dass der Blechverarbeiter mit Tausenden von Werkstücken pro Jahr fast zwangsläufig eine automatisierte Lösung benötigt. Dazu entwickelte die hausinterne Bildverarbeitungsabteilung von Sturm mit Sitz in München eine eigene Anlage zur Qualitätsprüfung. In rund zehn Monaten wurde die IQS Parts Metrology speziell auf die Anforderungen der Blechbearbeitung zugeschnitten. Dabei spielte die Expertise von Stemmer Imaging bei der Wahl der eingesetzten Bildverarbeitungskomponenten eine entscheidende Rolle.
Optische Inspektionseinrichtung
Die IQS Parts Metrology vermisst fertige Blechteile auf 200 μm genau, indem sie mittels einer ausgeklügelten Bildverarbeitungsapplikation die aufgenommenen Bilder der Bauteile mit der jeweils zugehörigen CAD-Zeichnung vergleicht. Dafür durchläuft ein Teil nach dem anderen über ein Förderband die optische Inspektionseinrichtung. Am Ende des Bandes erhält der Bediener am Monitor ein Abbild des aufgenommenen Werkstücks samt farbig gekennzeichneten Abweichungen zur CAD-Zeichnung visualisiert. Werden die Toleranzen aller Konturen eingehalten, so wird dies über eine grüne Markierung angezeigt und automatisch ein Label zum Aufkleben auf das geprüfte Teil ausgedruckt. Andernfalls wird das Werkstück ausgeschleust. Ein Durchlauf vom Auflegen bis zur Entnahme dauert rund 25 Sekunden. „So schnell könnten wir keinesfalls per Hand messen“, bestätigt Alexander Luft, Fertigungsleiter bei Sturm, den Produktivitätsgewinn.
Technische Umsetzung
„Herzstück der Bildverarbeitungslösung sind acht 18 kHz-Zeilenkameras vom Typ Spyder3 von Teledyne Dalsa mit jeweils 4k-Auflösung, die in Linie aneinanderreiht sind“, erläutert Dr. Wolfgang Ullrich, Leiter der Business Unit Vision Technologies von Sturm. „Wir verwenden allerdings jeweils nur die mittlere 2k-Auflösung jeder Kamera, rechnen diese zusammen und erhalten so eine Linie mit 16k, beziehungsweise letztendlich eine optische Auflösung von 110 µm/Pixel. Dadurch ersparen wir uns telezentrische Objektive“. Die Kameras kommunizieren über die Schnittstelle GigE-Vision und beleuchtet wird mit einem Modul auf Basis moderner LED-Technik, das von Sturm speziell für diese Anlage entwickelt wurde. Die Kamerahalterungen sind höhenverstellbar, um die Fokussierung auf die jeweilige Blechdicke automatisch anpassen zu können. Damit wird sichergestellt, dass ein Pixel der Bildaufnahme jeweils genau 110 µm des Teiles abdeckt. Zur Identifikation sind die zu prüfenden Teile entweder mit einer Lasergravur oder einem Datamatrix-Code gekennzeichnet. Diese Markierung wird am Beginn der Förderstrecke von einem Cognex-Codelese-Komplettsystem bestehend aus dem Reader In-Sight 7402, einer Beleuchtung von Smart Vision Lights sowie einem 5 Megapixel-Objektiv erfasst. Ein Positionslaser unterstützt das Lesesystem beim Zentrieren auf das Teil. Auf diese Weise wird erkannt, welches Prüfobjekt sich gerade auf dem Band befindet, und in der Sturm-Datenbank nach der zugehörigen CAD-Datei als Vergleichsmuster gesucht. Diese im dxf-Format vorliegenden Dateien in ein für die Bildverarbeitung kompatibles tiff-Format zu bringen, war eine zusätzliche programmiertechnische Herausforderung für die Vision-Softwarespezialisten bei Sturm. Eine entsprechende Software war zu diesem Zeitpunkt am Markt nicht verfügbar, also entwickelten sie einen dxf-Konverter, der die Ausgangsdaten für die folgenden Rechenoperationen in der Anlage liefert. „Im Prinzip vergleicht die Software die Pixel des aufgenommenen Bildes mit jenen der umgerechneten CAD-Zeichnung“, erklärt Dr. Ullrich. „Deshalb spielt es keine Rolle, in welcher Orientierung das Teil auf dem Band liegt – das Programm kann zwischen Transportband und Blechteil unterscheiden.“ Das Ergebnis der aufwändigen Rechenoperation stellt das System dann am Display farbig dar.
Durchgehend digitalisierter Fertigungsprozess
Das neue Inspektionssystem ist zudem Bestandteil eines ausgereiften, durchgehend digitalisierten Fertigungsprozesses: Der Kunde ordert seine Teile elektronisch via Direktanbindung an den Sturm-Server, in dem Bestellungen automatisch in Produktionsaufträge umgewandelt werden. Nach der Fertigung erfolgt die beschriebene Teilekontrolle, die Dokumentationserstellung, der Ausdruck der Labels und letztendlich die digitale Archivierung der Auftrags- und Fertigungsdaten. Ganz so einfach, wie hier beschrieben, war die Aufgabenstellung der eigenen Bildverarbeitungsapplikation allerdings nicht, gibt Dr. Ullrich zu: „Wir hatten bereits eine ähnliche, am Markt gekaufte Anlage in Verwendung, die aber leider nicht den gewünschten Erfolg brachte. Deshalb haben wir uns für die Eigenentwicklung entschieden. Mitentscheidend für den Erfolg einer derart integrierten Lösung ist die optimale Hardware, die wir von unserem langjährigen Partner Stemmer Imaging bezogen haben.“
Nach einer ausgiebigen Testphase ist die IQS Parts Metrology inzwischen in den Produktionsablauf bei Sturm integriert und wird für unterschiedliche Aufträge der Blechbearbeitung genutzt. Doch damit nicht genug: Das Unternehmen versteht sich auch als Maschinenbauer, und nachdem es am Markt bislang noch kaum derartige Anlagen gibt, bietet Sturm sie nun auch anderen Blechverarbeitern zum Kauf an.
Von Stahl bis zu Sonderwerkstoffen
Die Blechverarbeitung zählt zu den wichtigsten Geschäftsfeldern der Sturm-Gruppe. „Egal ob Stahl, Edelstahl, Aluminium oder verschiedenste Sonderwerkstoffe – von 0,5 bis 20 mm ist fast alles möglich. Wir fertigen von der kleinen Beilagscheibe bis hin zur 10 m langen Schweißbaugruppe mit mehreren Tonnen Gewicht“, erklärt Alexander Luft. Bearbeitungsverfahren wie Laserschneiden, Stanzen, Umformen, Schweißen, Schleifen sowie diverse Oberflächenbehandlungen bis hin zur Fertigung und Montage kompletter Baugruppen sind dabei für Sturm alltäglich. „Der Kunde kommt mit seiner Zeichnung und erhält von uns das fertige Produkt – vom einfachen Laserzuschnitt bis hin zur komplexen Baugruppe, und das von Losgröße 1 bis zur Serienfertigung“, fasst Alexander Luft zusammen. Moderne Bearbeitungsmaschinen stehen dafür auf etwa 11.000 m2 Produktionsfläche im bayerischen Salching bereit. ik

Kontakt

40281864

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Stemmer Imaging GmbH
Puchheim
Tel. +49 89 80902-0
Vision: Halle 1, Stand E52
Weitere Informationen zu den von Stemmer
Imaging angebotenen Zeilenkameras:
http://t1p.de/sul6
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