Bildverarbeitung im Einsatz -  Anwendungsbeispiele aus zahlreichen Branchen

BILDVERARBEITUNG IM EINSATZ

Kundenreferenzen & Anwendungsbeispiele aus zahlreichen Branchen

Kamerabasierte Blechteilkontrolle durch Abgleich von CAD-Daten

Juni 2016

Acht Spyder3-Zeilenkameras von Teledyne DALSA bilden das Herzstück einer Anlage der Sturm-Gruppe, mit der Blechteile mit ihren CAD-Daten verglichen und auf Einhaltung der geforderten Qualität überprüft werden. Bei der Auswahl der geeigneten Bildverarbeitungskomponenten verließ sich das Unternehmen auf die Beratung von STEMMER IMAGING.

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 Meter langen Schweißbaugruppe mit mehreren Tonnen Gewicht“, erklärt Sturm-Fertigungsleiter 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. Modernste Bearbeitungsmaschinen stehen dafür auf ca. 11.000 m2 Produktionsfläche im bayerischen Salching bereit.

Automatisierte Qualitätskontrolle von Blechteilen

Zu den Kunden des Lohnfertigers zählen namhafte Automobilhersteller wie BMW, VW/Audi, Renault und Land Rover sowie Anlagenbauer wie z.B. Buderus und Siemens. Dies setzt eine hundertprozentige Qualitätssicherung bei zunehmend lückenloser Teilerückverfolgbarkeit voraus, was bei Tausenden von Werkstücken pro Jahr fast zwangsläufig eine automatisierte Lösung erfordert.

Dazu entwickelte die hausinterne Bildverarbeitungsabteilung von Sturm mit Sitz in München eine Anlage zur Qualitätsprüfung. 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.

Produktivitätssteigerung durch Bildverarbeitung

Über ein Förderband durchläuft ein Teil nach dem anderen 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 Teil ausgeschleust. Die Zeitdauer pro Durchlauf liegt vom Auflegen bis zur Entnahme bei rund 25 Sekunden. „So schnell könnten wir keinesfalls per Hand messen“, bestätigt Alexander Luft den Produktivitätsgewinn.

Das Inspektionssystem ist eine komplette Eigenentwicklung der Bildverarbeitungsabteilung von Sturm. In rund zehn Monaten wurde die Anlage speziell auf die Anforderungen der Blechbearbeitung zugeschnitten. Dabei spielte bei der Wahl der eingesetzten Bildverarbeitungskomponenten die Expertise von STEMMER IMAGING eine entscheidende Rolle.

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 mittleren 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 verwendeten Kameras kommunizieren über die Schnittstelle GigE-Vision, 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.

Identifikation durch Cognex-Codeleser

Die zu prüfenden Teile sind entweder mit einer Lasergravur oder einem Datamatrix-Code gekennzeichnet, die am Beginn der Förderstrecke von einem Cognex Codelese-Komplettsystem bestehend aus dem Reader In-Sight 7402, einer Beleuchtung von Smart Vision Lights und einem 5-Megapixel-Objektiv erfasst werden. Ein Positionslaser unterstützt das Lesesystem beim Zentrieren auf das Teil. Das System erkennt auf diese Weise, welches Prüfobjekt sich gerade auf dem Band befindet, und sucht in der Sturm-Datenbank nach der zugehörigen CAD-Datei als Vergleichsmuster.

Die im DXF-Format vorliegenden CAD-Dateien in ein für die Bildverarbeitung kompatibles TIFF-Format zu bringen war eine programmiertechnische Herausforderung für die Vision-Softwarespezialisten bei Sturm. Eine entsprechende Software war zu diesem Zeitpunkt am Markt nicht verfügbar, also waren die hausinternen Bildverarbeiter in München gefragt. Sie entwickelten einen DXF-Konverter, der die Ausgangsdaten für die folgenden Rechenoperationen in der Anlage liefert.

Vergleich mit den CAD-Daten

„Im Prinzip vergleicht die Software die Pixel des aufgenommenen Bildes mit jenen der umgerechneten CAD-Zeichnung“, erklärt Dr. Wolfgang 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.

Das neue Inspektionssystem ist zudem Bestandteil eines ausgereiften, durchgehend digitalisierten Fertigungsprozesses: Der Kunde ordert seine Teile elektronisch via Direktanbindung an den Sturm-Server, wo 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.

Hardware und Beratung von STEMMER IMAGING

Ganz trivial war die Aufgabenstellung nicht, gibt Dr. Wolfgang Ullrich zu und freut sich über die langjährige gute Partnerschaft mit STEMMER IMAGING: „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.

Mindestens ebenso wichtig ist laut Dr. Ullrich jedoch die vertrauensvolle Zusammenarbeit und ein kompetenter Service: „Wenn es um die konkrete Produktauswahl geht, haben wir mit der Beratung und den Empfehlungen von STEMMER IMAGING bisher immer sehr positive Erfahrungen gemacht. Die Mitarbeiter unseres Partners haben einen sehr guten Marktüberblick und einen umfangreichen Erfahrungsschatz, auf den wir gerne zurückgreifen.“

Nicht nur intern genutzt

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 die Anlage nun auch anderen Blechverarbeitern zum Kauf an.

Sturm-Gruppe

Die Sturm-Gruppe beschäftigt rund 1.000 Mitarbeiter, davon ca. 650 am Stammsitz im bayrischen Salching. Das Unternehmen realisiert weltweit Projekte in den Bereichen Oberflächentechnik, Reinigungstechnik, Fördertechnik für Industrie und Flughäfen, Automatisierungstechnik sowie Vision Technologies. Im Geschäftsfeld Blechverarbeitung werden sowohl für den firmeneigenen Maschinenbau als auch für externe Kunden Bleche in mannigfaltigster Art und Weise verarbeitet.

Cognex

Natick (MA), United States

Die 1981 gegründete Cognex Corporation ist der weltweit führende Anbieter von Vision-Systemen, Vision-Software, Vision-Sensoren und Oberflächeninspektions- Systemen zur Produktionsautomatisierung. Cognex ist ebenfalls ein führender Hersteller von industriellen ID- Lesegeräten.

Smart Vision Lights

Muskegon, United States

Smart Vision Lights ist ein führendes Unternehmen in der Entwicklung und Fertigung von Beleuchtungssystemen für die industrielle Bildverarbeitung.

STEMMER IMAGING

Puchheim, Germany

STEMMER IMAGING ist seit 1987 in der industriellen Bildverarbeitung tätig und mittlerweile Europas größter Technologie-Anbieter in diesem Bereich. 1997 stellte STEMMER IMAGING mit Common Vision Blox (CVB) eine leistungsstarke Programmierbibliothek vor, die eine schnelle und zuverlässige Entwicklung und Implementierung von Bildverarbeitungslösungen ermöglicht und inzwischen weltweit über 40.000 mal in verschiedensten Branchen erfolgreich im Einsatz ist.

Teledyne DALSA

Waterloo, Canada

Die kanadische Teledyne DALSA Inc., ein Unternehmen der amerikanischen Teledyne Technologies Inc., liefert für den Bereich der digitalen Bildverarbeitung ein enormes Produktspektrum. Neben universellen Zeilenkameras umfasst es technologische Highlights wie TDI-Zeilen- (Time Delay Integration), Multi Tap-, High Speed-, Flächen- und hochauflösende Kameras. Daneben zählen PCI-Bilderfassungsboards, Embedded Processing-Systeme bis hin zu intelligenten IPD-Kompakt-Systemen zu den Komponenten für alle Aufgaben in der industriellen Qualitäts-, Vollständigkeits- und Fehlerkontrolle.

Teledyne DALSA Spyder3 - Zeilenkameras mit GigE-Vision- oder CameraLink-Schnittstelle
  • Zeilenkameras mit 1024, 2048 und 4096 Bildpunkten
  • 3x höhere Empfindlichkeit gegenüber der Teledyne DALSA Spyder2 durch zuschaltbare Dual-Line
  • Datenschnittstelle GigE-Vision oder CameraLink
Cognex In-Sight 7000 - Innovatives System für die industrielle Bildverarbeitung
  • Innovatives Bildverarbeitungssystem für die industrielle Bildverarbeitung
  • Leistungsstarke Bildverarbeitungstools
  • Große Anzahl von Schnittstellen