Industrielle Bildverarbeitung als Garant der Qualität

Vision-Systeme müssen hundertprozentig sehen

Leiterplatten von Handys, Etiketten von Getränkeflaschen, die Aufschrift auf Kosmetik-Döschen, Displays elektronischer Geräte, Schweißnähte im Automobil- und Maschinenbau oder die Oberflächen von Motor- und Getriebeteilen: Sie alle müssen noch in der Produktionslinie inspiziert werden, um Fehler rechtzeitig zu bemerken und Ausschuss zu reduzie­ren. Dazu werden in allen Branchen Bildverarbeitungssysteme einge­setzt. Eine Qualitätskontrolle ohne derartige Technologie ist heute nicht mehr denkbar. Das liegt zum einen an der Dokumentationspflicht von Produktionsdaten und zum anderen an dem hohen Ausstoß mancher Industriezweige. Wenn beispielsweise Hochleistungsanlagen einige zehntausend Getränkeflaschen oder Kartonverpackungen pro Stunde abfüllen, kann das menschliche Auge nicht mehr folgen.

Moderne Kameras, Bildverarbeitungssoftware und die zugehörige PC-Ausstattung übernehmen derartige Aufgaben aber mit Leichtigkeit. Sollte etwa in einer gespülten Mehrwegflasche noch ein Schmutzrest hängen geblieben sein, entgeht das der Technik nicht. Von den Fort­schritten der Branche werden sich Besucher der Factory Automation vom 19. bis 24. April in Hannover überzeugen können. Die Weltmesse der Fabrikautomation findet im Rahmen der HANNOVER MESSE 2004 statt.

Bildverarbeitungssysteme verbessern und sichern die Qualität, erlauben höhere Produktionsraten und senken die Kosten der Fertigung. Allein unter diesem Aspekt amortisiert sich die Investition meist in weni­gen Monaten. Viele Entwicklungen in der Bildverarbeitung und der Sen­sorik wurden von der Automobilindustrie vorangetrieben. In Hannover wird das auf einer raum-, oder besser: hallengreifenden Sonderveran­staltung sichtbar. Die „Automation Live“ zeigt, auf mehrere Ferti­gungsinseln ver­teilt, die Produktion des Golf V und des Multivans T5 der Wolfsburger Volkswagen AG. Unter anderem werden mit Bildverarbei­tungssystemen die Montage- und Handhabungsvorgänge in der Produk­tion der Fahr­zeuge überwacht.

Täglich kommen auf die Branche neue Herausforderungen in Gestalt neuer Anwendungsgebiete hinzu. Angeregt werden sie durch den Trans­fer von einer Anwenderindustrie in eine andere oder durch technologi­sche Fortschritte, wie die Miniaturisierung der Kameras oder höhere Datenübertragungsraten. Manfred Hock, Branchenexperte der Fachab­teilung Robotik und Automation im Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e. V. (VDMA), Frankfurt/Main, sagt der industriellen Bildver­arbeitung daher für die nächsten Jahre „unaufhaltsames Wachstum“ voraus. Seiner Ansicht nach sind derzeit nur 15 bis 20 Prozent des Marktpotenzials erschlossen.

Das Wachstum der industriellen Bildverarbeitung liegt in Deutschland seit Jahren an der Spitze der Automatisierungstechnik. Im Jahr 2000 wurden einmal fast 30 Prozent Zuwachs verzeichnet, im Jahr darauf war die Rate gerade noch zweistellig. 2003, so schätzt der VDMA, dürften die Unternehmen wieder rund 15 Prozent mehr umgesetzt haben als im Vorjahr und Erlöse in Höhe von 830 Millionen Euro verbucht haben. 2004 soll die 900-Millionen-Grenze überschritten werden.

Fast die Hälfte des Umsatzes (47,4 Prozent) wurde 2002 mit Anwendun­gen der Qualitätssicherung erzielt. Andere Einsätze, wie in der Ferti­gungsautomatisierung (19,8 Prozent) oder in Materialfluss- (7,8 Pro­zent) oder Maschinensteuerung (4,1 Prozent), liegen weit dahinter. Zule­gen konnten 2002 besonders die nicht-industriellen Anwendungen (21 Pro­zent). So wird Bildverarbeitung in Zugangskontrollen, Parkplatzüber­wa­chungssystemen oder Mautstationen eingesetzt. „An der Bildverarbei­tung lag es jedenfalls nicht, dass das geplante Mautsystem nicht funkti­oniert hat“, nimmt Hock aktuellen Bezug.

Eine aufstrebende Technologie ist das vollautomatische Robotersehen, die so genannte Robot-Vision. Laut Manfred Hock belegten Robot-Vision-Systeme mit 12,7 Prozent 2002 den dritten Platz bei den Aufgabenstel­lungen der Bildverarbeitungs-Branche in Deutschland, Tendenz steigend. Die Zahlen für 2003 liegen noch nicht vor, aber die Vollständigkeitskon­trolle (2002: 13,5 Prozent) dürfte ihren zweiten Platz im vergangenen Jahr eingebüßt haben. Die Oberflächeninspektion diskreter Teile lag zuletzt mit 15,7 Prozent in Führung.

Roboter-Hersteller unterstützen die Zusammenarbeit mit der Vision-Branche. Denn jede Sensorik erweitert die Möglichkeiten – und ohne „Augen“ könnten viele Roboter ihre Aufgaben gar nicht verrichten. Um eine Produktion schnell, zuverlässig und wirtschaftlich aufzubauen, ist neben der Maschine selbst die Roboterführung unerlässlich. Als erste Branche hat die Elektronik- und Halbleiter-Industrie diese Erkenntnis umgesetzt. Dort werden schon lange Leiterplatten mit Robotern bestückt. Im Laufe der Zeit wurden die Prozesse schneller, die Bauteile kleiner und die Anforderung an die Positioniergenauigkeit höher. Dem Roboter musste bald unter den Arm gegriffen werden: Mit Hilfe eines Vision-Systems konnte er die Lage der Leiterplatten und der Bauteile exakt bestimmen.

Unabhängig von der Branche tolerieren viele Abnehmer Fertigungsfehler überhaupt nicht mehr. In der Regel überprüfen Bildverarbeitungssysteme daher zahlreiche Parameter direkt in der Linie. Oft zählt nicht nur die hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit. Der Einsatz im Bereich von Abfüll­maschinen für Getränke, Waschemulsionen oder andere flüssige Medien etwa erfordert zudem eine hohe Flexibilität. Beispielsweise dann, wenn Hersteller für verschiedene Auftraggeber unterschiedliche Marken ferti­gen: Oft gleicht sich der Inhalt der Verpackungen, aber Etikett oder Mar­kenaufdruck unterscheiden sich. Das Label wird erst in der Anlage auf die anfangs neutrale Verpackung aufgebracht. Schon sehr kleine Fehler im Druckbild werden vom Kunden nicht akzeptiert. Die Inspektion muss zuverlässig und hundertprozentig sein – bei farbigen Oberflächen immer noch eine große Aufgabe. Dies gilt erst recht in der Prozessindustrie, wenn etwa „endlose“ Kunststofffolien farbig bedruckt werden. Geringe Farbabweichungen können ganze Partien unbrauchbar machen. In der diskreten Fertigung würden möglicherweise nur einige wenige Kosme­tiktuben oder Dosen zu Ausschuss. Fortschritte in der Farberkennung haben in den vergangenen Jahren viele derartige Probleme gelöst.

Die Factory Automation, die internationale Leitmesse der Fertigungsau­tomation, findet vom 19. bis 24. April 2004 im Rahmen der HANNOVER MESSE statt. Auf der Factory Automation 2004 präsentieren Anbieter aus über 40 Ländern das gesamte Spektrum der Fertigungsautomation in den Hallen 7 bis 9, 11 und 14 bis 17.

Das Ausstellungsangebot der Factory Automation umfasst die Bereiche Elektrotechnik (Steuerungstechnik, Mess- und Regeltechnik, Industrie-PC, Netz­werke/Industrie-Kommunikation, Wireless Automation, Embedded Systems, Senso­rik, Aktuatorik, Elektromotoren, Prüftechnik, 19’’ Aufbau­systeme, Magnettechnik) und Maschinenbau (Montage, Handhabung, Robotik, Industrielle Bildverarbeitung, Fertigungstechnik, Betriebstech­nik, Systeme und Komponenten für die automatisierte Montage- und Hand­habungstechnik).

Die Factory Automation ist in ihrer Aussteller- und Besucherstruktur international angelegt und bildet als horizontale Leitmesse das gesamte Angebot für die Fabrik­automation ab. Sie bietet maßgeschneiderte Anwendungen und Lösungen für Top-Entscheider und Fachleute aus Pro­duktion, Entwicklung, Konstruktion, Einkauf und Forschung.

Als weltweit führende Messe bietet die Factory Automation den Besu­chern sowohl branchenspezifische Informationen – über das einzelne Gerät bis hin zur Automatisierung ganzer Produktionsanlagen – als auch branchenübergreifende Informationen zu Technologien und Trends in der Fertigungsautomatisierung.

Ein besonderes Highlight der Factory Automation 2004 bildet die Son­derpräsenta­tion „Automation Live“. In enger Zusammenarbeit mit der Volkswagen AG und deren Technologiepartnern werden hier die zentra­len Fertigungs- und Planungsstufen eines Automobils in Aktion präsen­tiert.