Der bayerische Sondermaschinenbauer Autronix in Berching hat für einen Anbieter von Hausgeräten eine automatische Prüfanlage für Sprüharme von Geschirrspülern konstruiert und gebaut. Die Aufgabe des Bildverarbeitungssystems: Diverse Aussparungen und Löcher an den gegossenen Kunststoffteilen auf Grate oder Schmutz untersuchen. Aus den Öffnungen der Sprüharme muss das Wasser in mehrere Richtungen austreten können. Grate oder Schmutz kann die Düsen verstopfen oder die Sprühwirkung beeinträchtigen. Dies würde im späteren Betrieb für nicht korrekt gespültes Geschirr sorgen. Entsprechend wichtig ist die Kontrolle der Aussparungen.

Das Vision-System erfasst an den Bohrungen von Spülarmen Grate und Materialreste und sortiert fehlerhafte Teile aus.

© Wenglor Sensorik

Dazu muss sichergestellt sein, dass das Bildverarbeitungssystems einen Grat mit mehr als 0,1 mm Dicke erkennt und den betroffenen Sprüharm anschließend als Schlechtteil ausweist. Ein Grat – präziser: ein scharfkantig hervorstehender Rand – entsteht bei Trenn- oder Formverfahren an einem Werkstück. Messbar ist ein Grat anhand punktueller Abweichungen der Breiten- und Längenmaße. Die Abweichung der Kontur vom am besten passenden Kreis entspricht demnach dem erkannten Grat.

Konkret sieht die Kontrolle der Aussparungen an den Sprüharmen folgendermaßen aus: Ein automatisches Handling-System entnimmt die Sprüharme aus der Spritzgussmaschine und transportiert sie zur Prüfstation. Dort positioniert der mit jeweils vier Sprüharmhälften bestückte Träger die Spritzgussteile zur Maßhaltigkeitsprüfung vor den entsprechenden Kameras und startet die Auswertung. Die optische Kontrolle der runden und rechteckigen Aussparungen findet der Reihe nach exakt aus den Blickwinkeln statt, aus denen im Betrieb auch das Wasser im Geschirrspüler abstrahlen soll. Die Prüfung erfolgt im Durchlichtbetrieb mittels Infrarot-Flächenleuchten. Bei dieser Beleuchtungsart befindet sich das Objekt zwischen Lichtquelle und Kamera. Entdeckt das Vision-System an den Aussparungen einen Grat, fährt der Träger weiter und sortiert das Schlechtteil aus.

Acht Kameras zu einem System kombiniert

Für diese Prüfaufgabe stellte die Firma Wenglor ein kundenspezifisches System zur optischen Kontrolle der Sprüharme an zwei Prüfstationen zusammen. Insgesamt kommen zwei Auswerte-Einheiten, acht CMOS-Kameras mit telezentrischen Objek­tiv­en, drei Flächenleuchten sowie Anschluss- und Befestigungstechnik aus dem Bildverarbeitungssystem „Intelligence Pro“ zum Einsatz. Die Toleranzwerte werden über die Eigenschaft „Rundheit“ parametriert und geben Rückschluss da­rüber, ob die geome­trischen Merkmale mit der Referenz übereinstimmen.

Autronix ist einer der ersten Kunden, die das Komplettsystem aus Kamera, Beleuchtung, Software und Auswerte-Einheit einsetzen. Durch den engen Kontakt zu Kunden wussten die Entwickler bei der Konzeption des Bildverarbeitungssystems um die speziellen Erwartungen auf Kundenseite: eine intuitiv und einfach zu bedienende Software.

Die industrietaugliche Auswerte-Einheit (Control-Unit) mit Linux-basiertem Betriebssystem und einem Pentium-Prozessor (1,5 GHz) verfügt über drei Gigabit-Ethernet-Schnitt­stellen, acht digitale Ein- und Ausgänge sowie eine serielle Schnittstelle. Über weitere Interfaces lassen sich bis zu vier Kameras an eine Control-Unit anschließen. Dies ermöglicht, wie im Falle der Sprüharme notwendig, eine Objektkontrolle von mehreren Seiten gleichzeitig. Je Kamera sind wiederum bis zu vier unterschiedliche Beleuchtungen – zum Beispiel Rotlicht oder Weißlicht – möglich, die je nach Bedarf zusammengestellt werden können.

Control-Unit, Farb/SW-Kameras und verschiedene Beleuchtungen werden zu individuellen Lösungen kombiniert.

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Die kompakten CMOS-Kameras im robusten Aluminiumgehäuse haben eine 1280 × 1024 Pixel Auflösung und sind als Farb- und Monochromversionen verfügbar. Bei Bedarf lassen sich zusätzliche Schutzgehäuse für das Objektiv (IP67) und Kamera (IP69K) adaptieren. Die automatische Nach-führungsfunktion von Intelligence Pro ermöglicht eine schnelle Lagekorrektur, die immer dann greift, wenn Objekte nicht 100-prozentig am gleichen Punkt vor der Kamera positioniert sind. Wo immer sich ein Objekt innerhalb des Sichtfelds der Kamera befindet, die Kamera verfolgt das bewegte Objekt und erkennt zuverlässig dessen Position, beispielsweise über seinen Schwerpunkt. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Objektkanten mit Suchstrahlen abzutasten. Aus mehreren Kanten kann dann wiederum die Lage ermittelt werden. Beides erhöht die Genauigkeit und die Effizienz von Prüfvorgängen.

Zentraler Bestandteil des Vision-Systems ist eine von Wenglor entwickelte Software, deren Visualisierungsoberfläche Anwender per Drag&Drop selbst zusammenstellen können. Das Tool ermöglicht beispielsweise, grafische Rückmeldungen und eine Vielzahl von Funktionen zu implementieren – von der Form-Erkennung über Vollständigkeitskontrolle von Bauteilen bis hin zu komplexen Mess-Aufgaben. Dabei sind mehrere Funktionen miteinander kombinierbar, beispielsweise eine Abwesenheitskontrolle von Objekten mit deren gleichzeitiger Vermessung. Die vorinstallierte Software ist modular aufgebaut und nach dem Plug-in-Prinzip erweiterbar, zum Beispiel mit kundenspezifisch angepassten Modulen. Damit können auch Systeme, die beim Kunden bereits im Einsatz sind, nachträglich noch mit neuen Funktionen aufgerüstet werden.

Optimierung und Teach-in zu Experten auslagern

Über die intuitiv bedienbare Software des Vision-Systems erhält der Anwender eine kontinuierliche Rückmeldung über den aktuellen Prüfzustand.

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Zudem kann das Einlernen neuer Produktvarianten ausgelagert werden, zum Beispiel wenn Anwender das aus Zeitgründen nicht selbst bewerkstelligen können. Mittels der Funktion „Global-Teach“ lassen sich Daten aus der laufenden Produktion sammeln und die er­fassten Bilder und Mess-Ergebnisse zusammen mit sämtlichen Programmparametern in einer einzigen Datei  archivieren und per Internet an das Kompetenzteam Bildverarbeitung von Wenglor übermitteln. Die Mitarbeiter im Support können nun die kompletten Parameter-Einstellungen zusammen mit den Bildaufnahmen einsehen, die der Kunde an seiner Anlage gesammelt hat. Anhand der Aufnahmen und Einstellungen optimieren die Mitarbeiter das Prüfprogramm, so dass es die gewünschten Prüfaufgaben erfüllt. Anschließend wird die überarbeitete Global-Teach-Datei dem Kunden auf der Homepage als Download zur Verfügung gestellt. Dabei dokumentiert die Control-Unit alle Vorgänge, die jederzeit nachvollziehbar sind. Der komplette Vorgang erfolgt zudem offline, das heißt ohne auf das Firmennetzwerk des Kunden zugreifen zu müssen. Bilder und Programmeigenschaften werden vom Kunden selbst während der laufenden Produktion gesammelt und anschließend an Wenglor übermittelt. Sensible Unternehmensdaten bleiben dadurch gegen Netzwerkzugriffe von außen stets geschützt.

Autor: Tobias Braun ist Produktverantwort­licher für Bildverarbeitung bei der Firma Wenglor Sensorik in Tettnang