Autark arbeitende Vision-Sensoren machen die Fertigung effizienter

Entsprechend den neuen Begriffsdefinitionen von ZVEI/VDMA versteht man unter „Vision-Sensoren“ parametrierbare und autark arbeitende Komponenten, wie Smart-Sensoren, intelligente Sensoren, Advanced-Sensor sowie applikationsspezifische Sensoren. Vision-Sensoren der Produktfamilie Checker bieten eine Standardisierung spezifischer Anwendungsspektren, bewältigen hohe Taktfrequenzen in der Automatisierung, sind sehr flexibel einsetzbar, vom Anwender einfach zu konfigurieren, in ihrer kompakten Bauweise unkompliziert sowie sehr schnell in die Fertigungssysteme und deren Prozesssteuerungen integrierbar.

Die rasante Entwicklung in der Mikroelektronik dieser Komponenten bestätigt den Trend, dass in zunehmender Weise auch Funktionalitäten integriert werden, die bislang noch Vision-Systemen vorbehalten waren.

Makellose Bauteilequalität ist Voraussetzung für Auftragsvergabe.

Die makellose Qualität von Bauteilen ist für die weltweit führenden Autohersteller ein unabdingbarer Bestandteil in der Auftragsvergabe. Aus diesem Grund verwendet die Miniature Precision Components Inc. (MPC) die Vision-Sensoren Checker von Cognex, um die automatisierte Montage von Öleinfülldeckeln fehlerfrei zu gewährleisten. Die vier Fertigungswerke von MPC beliefern die Automobilindustrie und andere Branchen mit hochwertigen Spritzgussteilen und Baugruppen. Einwandfreie Qualität ist für das Unternehmen mehr als nur Verpflichtung, was sich in einigen Lieferantenauszeichnungen bedeutender Automobilhersteller niedergeschlagen hat.

So erfolgt die Produktion der Öleinfülldeckel in Millionenauflage. Die vormals mechanische Einrichtung im Vibrationsförderer zur korrekten Lage des O-Rings erwies sich als unzuverlässig, was häufig zum Maschinenstillstand führte und den Produktionsfluss um rund ein Drittel reduzieren konnte. Allein schon dieser Kostenaspekt erzwang neue Lösungsansätze.

Das Montagesystem einer Fertigungslinie für Öleinfülldeckel montiert O-Ringe in geformte Thermoplastikdeckel und bringt oben auf den Deckeln einen Aufdruck an. Nur die richtig eingesetzte Dichtung gewährleistet die einwandfreie Funktion der Deckel. Der Öleinfülldeckel muss vor dem Aufdrucken des Symboles „Ölkanne“ richtig ausgerichtet sein, um die strengen Qualitätsanforderungen zu erfüllen.

Mit drei Vision-Sensoren der Produktfamilie Checker 202 konnte die Montage- und Qualitätssicherungsaufgabe in entscheidender Weise verbessert werden. Der erste Vision-Sensor erfasst und erkennt umgedrehte O-Ringe zwischen dem Vibrationsförderer und dem Inline-Förderer. Ein zweiter Bildverarbeitungssensor überprüft, dass der O-Ring richtig in der Spannvorrichtung auf der Scheibe positioniert ist, bevor der Deckel aufgepresst wird. Der dritte Checker stellt sicher, dass der Deckel vor der Montage mit dem Symbol-aufdruck richtig ausgerichtet ist.

Checker 202 mit integrierter Leiterlogik

Ein entscheidender Vorteil des Checker 202 liegt darin, dass er über eine integrierte sogenannte Leiterlogik (ladder logic) verfügt. Damit wird das Koordinieren von Kontrollergebnissen mit den nächsten Steuerungsschritten unterstützt. Das ermöglichte den effektiven Einsatz von kontaktplangesteuerten und ablaufgesteuerten Regelungen innerhalb einer vorgegebenen Regelstrategie. Aufgrund geringer Größe, eingebauter Beleuchtung, variablen Arbeitsabstandes, Leiterlogik und Freilauffähigkeit konnten die Vision-Sensoren äußerst einfach innerhalb von wenigen Minuten installiert werden.

Um die umgedrehten O-Ringe in dieser Anwendung zu erkennen, wurde der Checker 202 so eingerichtet, dass der Teilelokalisierungssensor zuerst nach dem O-Ring im Bild sucht. Dann wird der Mustersensor an der richtigen Stelle angebracht, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Dichtungswulstes zu kontrollieren. Der Mustersensor bleibt in einer festen Position zum Teilelokalisierungssensor, so dass er immer an der richtigen Stelle ist, um die Form des Dichtungswulstes zu suchen.

Wenn der Dichtungswulst fehlt, sendet der Bildverarbeitungssensor ein Signal über einen Optokoppler direkt an ein pneumatisches Magnetventil, das den umgekehrten O-Ring von der Linie zurück in den Vibrationsförderer bläst. Für den extrem schnell arbeitenden Checker waren die geforderten Taktraten ein leichtes Spiel. Durch die Checker konnte man eine Null-Fehler-Rate im Fertigungsprozess erzielen, die Taktraten auf einem hohen Niveau stabilisieren und gleichzeitig den Ausschuss auf ein Minimum reduzieren.

Neue Möglichkeiten in der Automatisierungstechnik

Der beeindruckende Entwicklungssprung in den Anwendungsmöglichkeiten zeigt sich beispielsweise besonders deutlich in den Fertigungswerken der ZF Lenksysteme GmbH in Schwäbisch Gmünd, einer Tochtergesellschaft der Robert Bosch GmbH und der ZF Friedrichshafen AG. Seit April dieses Jahres übernehmen in zwei Fertigungslinien von Lenksystemen jeweils über 40 Vision-Sensoren der Produktfamilie Checker 200 bis 232 von Cognex eine ganze Kette von anspruchsvollen Aufgaben.

Die ausgesprochen positiven Erfahrungen haben bereits dazu geführt, dass weitere Fertigungslinien mit den extrem schnell und sicher arbeitenden Inspektionssensoren Checker ausgestattet werden. So kommt man in die Größenordnung von 120 eingesetzten Checkern. Diese lösen viele bislang auf klassischer Sensortechnik aufbauende Prüf- und Kontrollsysteme ab. Sie erschließen darüber hinaus völlig neue Möglichkeiten der Automatisierung und Rationalisierung. Systempartner im Engineering ist dabei das mittelständische Unternehmen Elwema Automotive GmbH in Ellwangen. Es entwickelt und produziert komplette Lösungen kundenspezifischer Reinigungs-, Prüf- und Montagetechnik für die Automobilindustrie.

Die dabei eingesetzten Checker 200 bis 232 zeigen eine einzigartige Flexibilität. Mit nur einem Checker können nahezu unbegrenzt viel Merkmale auf einmal kontrolliert werden, und das in nur 2 ms. Durch spezielle Softwarearchitektur (genannt ladder-logic) erzielt man sogar Ergebnisse mit gleichzeitig 30 Merkmalen. Mittels der Data-Man-ID-Lesegeräte von Cognex werden die Werkstückträger identifiziert und automatisch die entsprechenden Programme im Checker geladen. Die Fertigung wechselnder Varianten erfolgt, ohne dass ein einziger Vision-Sensor mechanisch anzupassen wäre. Sie übernehmen sowohl die Bauteilkontrolle beim Bestücken als auch die Kontrolle des exakten Zusammenbaus der Lenkungen in den vorgegebenen Toleranzen.

Flexible Lösung für die Werkzeugkontrolle

Eine pfiffige Lösung ist die Werkzeugkontrolle, bei der die bislang eingesetzte Systemtechnik mittels RFID-Chips eingespart wird. Für einige Lenkungstypen müssen Wechselwerkzeuge, Hilfswerkzeuge und Montagehilfen wie Schraubennüsse, Spannbacken und andere Werkzeuge umgerüstet werden. Diese werden nun dauerhaft mit dem einfachen Verfahren von Bohrungen und Einstichen codiert. Im Checker-Programm integriert werden nun auch diese Binärcodes von den Vision-Sensoren kontrolliert.

Unabhängig von industriellen Umgebungseinflüssen wird absolut sicher festgestellt, ob das richtige Werkzeug auch bei dem richtigen Lenkungstyp eingespannt ist. Die 24-V-Ausgabesignale werden entweder direkt oder über die zusätzlich erhältliche Checker-I/O-Box an die entsprechenden Komponenten weitergegeben. Durch den Einsatz dieser Vision-Sensoren wurde ein Maximum an Flexibilität erzielt.

Markus Damaschke ist Vision Sensor Sales Manager bei der Cognex Germay Inc.; Dipl.-Ing. Kamillo Weiß ist Fachjournalist in Leinfelden; weitere Informationen: Karin Krell, Cognex Germany Inc., 76131 Karlsruhe.