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Mittels digitaler Kamerasysteme und intelligenter Methoden zur Bildauswertung lassen sich Produktionskosten erheblich senken und Prozesse in der Qualitätskontrolle optimieren“, weiß Roland Wertz, Leitung Forschung & Entwicklung bei IEF-Werner. Der Automatisierungsspezialist mit Sitz in Furtwangen im Schwarzwald bietet unter anderem Palettierer, die in unterschiedlichen Branchen wie Medizin-, Automotive-, Halbleiter- oder Uhrenindustrie zum Einsatz kommen. Diese ermöglichen in modernen Montageanlagen eine geordnete und schonende Übergabe der Bauteile. „Für immer mehr Kunden integrieren wir bei Bedarf Kamerasysteme in die Anlagen“, sagt Wertz. Auf der einen Seite sorgen diese für ein effizienteres Handling: Über die Bildauswertung erfährt zum Beispiel ein Greifer, der an einer Achse im Palettierer befestigt ist, die genaue Position eines Bauteils auf einer 40 cm × 60 cm großen Palette. Oder er findet ein Werkstück, das über einen Rütteltopf vereinzelt zugeführt wird. Auf der anderen Seite dienen Kameras der Qualitätskontrolle, um etwa bestimmte geometrische Merkmale wie Durchmesser oder Länge zu identifizieren. „Stellen Sie sich vor, bei einem Fahrzeughersteller gelangt ein fehlerhaftes Bauteil eines Zulieferers in die Montage“, erläutert Wertz. „Im schlimmsten Fall entsteht ein sogenannter Null-Kilometer-Ausfall, das heißt, das Auto weist von Anfang an einen Defekt auf. Die Kosten für den Zulieferer – der nachweislich die fehlerhafte Komponente gefertigt hat – können in die Millionen gehen.“
Von einfach bis komplex
Um seine Kunden zu unterstützen, beschäftigt sich das Unternehmen schon seit einigen Jahren mit diesem Thema. Anfangs setzte der Automatisierungsspezialist einzig auf Smart-Kameras, bei denen die Auswertung der aufgenommenen Bilder im Gerät selbst erfolgt. Damit lassen sich Merkmale identifizieren, wie etwa Kanten oder die Dicke eines Bauteils, ebenso die Position von Werkstücken. „Wir waren damit in der Lage, verschiedene Pick-&-Place-Aufgaben zu lösen sowie Gut- von Schlechtteilen zu unterscheiden – dabei konnten wir den Einsatz externer Lösungen reduzieren“, so Wertz.
Doch die Anforderungen der Kunden wurden komplexer. Was, wenn etwa Späne in Lochbohrungen erkannt werden müssen? Wie sieht die Bildauswertung bei schwierigen Beleuchtungssituationen aus, zum Beispiel im Fall von Durch- oder Auflicht bei metallischen Körpern – oder bei Dunkelfeld-Beleuchtung? „Wir erweiterten unser Portfolio“, berichtet der Leiter der Abteilung F&E. „Dazu integrierten wir angepasste Bildverarbeitung-Skripte in unsere Steuerung – der Bediener hatte damit beides in einem zentralen Panel.“
Anhand von Bildverarbeitungsalgorithmen, die vom Unternehmen frei programmiert werden können, werden die Aufnahmen ausgewertet. Damit kann der Automatisierungsspezialist auch komplexe Aufgaben übernehmen und umsetzen – wie etwa die Identifikation sehr feiner Bauteile und winziger Merkmale im Mikrometerbereich oder auch das Erkennen von Graustufen unter Einsatz entsprechender Vorfilterung. „Das kleinste bisher verarbeitete Bauteil hatte einen Durchmesser von 40µm bei einer Länge von sechs Millimetern“, erinnert sich der IEF-Experte. „Dabei galt es, die Lage und Orientierung zu identifizieren.“ Das Unternehmen kann das komplette Spektrum seines Sondermaschinenbaus abdecken, dazu kommen aufwendige Beleuchtungsszenarien, um etwa Schliffbilder zu erkennen.
Verstelleinheit für das exakte Rüsten
In Kombination mit den Flächen-Kameras kommen bei Messaufgaben häufig telezentrische Objektive zum Einsatz. Um die Schärfentiefe exakt einzustellen, muss der Bediener diese so justieren, dass der Arbeitsabstand zu dem zu identifizierenden Objekt genau eingestellt ist. Das Unternehmen bietet dazu die Baureihe domiLINE an. Die Kamera – inklusive Objektiv – ist dabei auf der manuellen Verstelleinheit angebracht. Eine präzise Stahlspindel, kugelgelagert in einer Endplatte und mit spielarmer, vorgespannter Kunststoffmutter bewegt das Führungssystem. Die genaue Positionierung erfolgt mit einem Drehknopf oder einem Handrad. Der Drehknopf ist geriffelt und – genauso wie beim Handrad – mit einer Skalierung versehen. Die Einheit kann flexibel in allen Lagen montiert werden. „Kommt es zu einem Produktwechsel, kann der Bediener den Bildsensor einfach neu justieren“, erläutert Wertz.
Die Herausforderung bisher: Die Fachkraft justierte die Kamera und musste anschließend die Auswertungen am zentralen Panel prüfen. Dieses befindet sich oftmals nicht in der Nähe der Kamera, sondern an irgendeiner Seite der Anlage, häufig in oder neben dem Schaltschrank. Meist sind mehrere Durchgänge erforderlich, bis die Kamera perfekt justiert ist. Das kostet viel Zeit. „Wir haben uns gefragt, wie wir in diesem Fall den Anwendungsnutzen und die Bedienerfreundlichkeit der Anlage erhöhen können“, sagt Wertz. „Mit unserer neuesten Entwicklung erhält der Mitarbeiter über einen HMI-Server das Kamerabild und die darauf aufbauenden Auswertungen nun auch auf seinem mobilen Endgerät.“ Er kann damit so lange an der Kamera stehen und direkt das Kamerabild einsehen, bis er die korrekte Einstellung gefunden hat – das verkürzt die Rüstzeiten enorm.
Position zeitsynchron erfassen
„Wir bieten unseren Kunden alles aus einer Hand“, resümiert Wertz. Das sei auch ein wichtiger Aspekt in Richtung Echtzeitfähigkeit, die aufgrund von Netzwerktechnologien verloren gehen könne. Denn: Es gab immer wieder Kunden, die ihre eigenen Rechner für die Bildverarbeitung nutzten. Das bedeutet: andere Betriebssysteme, Lizenzen, Schnittstellen. „Mit unserem Kamerasystem können wir Aufnahmen zeitsynchron zur Position des Bauteils erstellen. Die Überwachung erfolgt in Taktzeiten von einer Millisekunde. Damit wird den Anwendenden die Position zeitsynchron angezeigt und kann für weitere Auswertungen entsprechend genutzt werden“, beschreibt Roland Wertz.
