Die Herstellung von Kugeln ist keineswegs trivial. Bei größeren Kugeln kommt auch Schmieden als Herstellungsverfahren infrage. Kleinere Kugeln werden meist nach dem Fließpressverfahren hergestellt. Bei all diesen Anwendungen ist eine perfekte Formgenauigkeit zwingende Voraussetzung für den Rundlauf der damit ausgestatteten Maschinen oder Fahrzeuge. Gleichermaßen wichtig ist eine geometrisch perfekte Oberfläche ohne Grate, Dellen, Lunker und sonstige Abweichungen. Auch an die Glätte und Härte der Oberfläche stellen die Kunden höchste Anforderungen. Gerade bei Kugeln, die im Fließpressverfahren produziert wurden, besteht ein nicht zu unterschätzendes Risiko, dass Soll- und Ist-Werte der Kugelgeometrie voneinander abweichen. Aufgrund von Schwankungen in der Materialzusammensetzung können Lunker (Hohlräume) entstehen, die im Extremfall Materialrisse an der Oberfläche verursachen. Solche schadhaften Teile dürfen keinesfalls Eingang in nachgelagerte Produktionsschritte finden. Ihre Verwendung beispielsweise im Bau von Kugellagern würde zu unbrauchbaren Produkten führen. Ein massiver monetärer Schaden wäre die wahrscheinliche Konsequenz, ganz zu schweigen von dem damit verbundenen Reputationsverlust. Eine gründliche und umfassende Warenausgangskontrolle ist daher unerlässlich. Ist das Produkt – die Kugel – zum Einbau in sicherheitsrelevante Systeme vorgesehen (wie das etwa bei Autos der Fall sein kann), so ist eine objektivierte Produktkontrolle ebenfalls unumgänglich.
Diese Prüfung darf sich nicht auf Stichproben beschränken, eine Testabdeckung von 100 Prozent ist notwendig. Die visuelle und haptische Prüfung durch geeignetes Personal kommt allerdings angesichts der enormen Liefermengen – Kugeln sind ein wirkliches Massengut, das in millionenfacher Stückzahl bei den Abnehmern ankommt – nicht in Frage; ein solcher Ansatz wäre zudem zu teuer. Dazu kommt, dass menschliche Arbeitskräfte bei solch eintönigen Routinen auch Aufmerksamkeitsdefizite entwickeln können, was sich nachteilig auf die Qualität auswirkt.
Eine vollautomatische Ausgangskontrolle war damit das Verfahren der Wahl für die Vosseler Gruppe, die mit mehr als 220 Mitarbeitern und einer modernen Fertigungslandschaft zu den Marktführern im Bereich der Umformtechnik gezählt wird. Ein Grund für diese herausragende Marktposition liegt in den hohen Qualitätsanforderungen des Unternehmens. Bei der Umsetzung dieser Anforderungen setzt Vosseler auf automatisierte Qualitätssicherungssysteme auf Basis optischer Verfahren.
Als effizientes und praxisgerechtes Verfahren für diesen Anwendungsbereich gilt elektronische Bildverarbeitung in Kombination mit anwendungsspezifischer Handling-Technik. Für Vosseler Umformtechnik hat der Systemintegrator SSR Technik eine gemeinsam mit seinem Partner Ingenieurbüro Weber solche Lösung implementiert. Die vorgestellte Lösung basiert im Kern auf einem Bildverarbeitungssystem des Anbieters Vision & Control GmbH aus dem thüringischen Suhl, erweitert um eine mechanische Handling-Einheit.
Die Handling-Einheit vereinzelt zunächst die zu prüfenden Bauteile und legt diese dann auf einer Rundtakt-Einheit ab. Im weiteren Verlauf des Prüfprozesses werden die Prüflinge sodann aus dieser Rundtakt-Einheit ausgehoben und im Blickfeld der Kamera um die eigene Achse gedreht. Dabei erfolgt die optische Inspektion; die Drehbewegung sorgt dafür, dass die gesamte Kugeloberfläche erfasst wird. In Echtzeit trifft das System die Entscheidung, ob der Prüfling den zuvor definierten Ansprüchen genügt oder nicht. Je nach Ausgang der Entscheidung wird er anschließend weitergeleitet – entweder in eine Ablage für ordnungsgemäße Bauteile oder für Ausschuss. Der Durchsatz beläuft sich auf 30 Bauteile je Minute.
Eine besondere Herausforderung bei dieser Intensivprüfung liegt in der Gestaltung der Beleuchtung. Marktverfügbare Standardlösungen genügen den Anforderungen in diesem Fall nicht unbedingt. Der Systemintegrator entschloss sich daher, eine Dome-Beleuchtung der vicolux-Familie von Vision & Control einzusetzen und diese für den spezifischen Anwendungsfall dergestalt zu modifizieren, dass eine sichere und vollständige Ausleuchtung der Kugeloberfläche erreicht wurde. Auch bei den aktiven Komponenten setzt der Systemintegrator auf Produkte von Vision & Control. Zum Einsatz kommt die intelligente Kamera pictor in Verbindung mit der Software vcwin pro. Diese Kombination stellt eine zuverlässige und dauerhafte, absolut industrietaugliche Lösung im Automatisierungsumfeld dar.
Die smarten Kameras der pictor-Familie bilden gemeinsam mit der Windows-basierten Software vcwin pro eine äußerst leistungsfähige Synthese aus Bildaufnahme und Auswertung. Die Software gibt ein Grundgerüst von Funktionen vor, mit dessen Hilfe der Anbieter die Auswertealgorithmen zur Lösung von industriellen Mess- und Prüfaufgaben einschließlich der Visualisierung der Ergebnisse erstellt. Die Software enthält eine Reihe virtueller Antast- und Auswertewerkzeugen, die eine strukturierte Vorgehensweise unterstützen. Aufgrund ihres benutzerfreundlichen, Endanwender-orientierten Konzepts gestaltet sich die Einarbeitung leicht; einige kurze Schulungen reichen aus, um den Anwender zur eigenständigen Programmierung von Parametereingriffen zu befähigen, um mittels des integrierten Editors bestehende Anwendungen anzupassen oder neue Auswertungen zu erstellen.
Im konkreten Anwendungsfall ermöglicht das System eine Reihe von Auswertungsstrategien. Dazu zählen die Erkennung von Lunkern nach Lage und Größe, die Identifizierung von mechanischen Beschädigungen der Kugeloberfläche, und die Erkennung oberflächlicher Risse, wobei die Kamera solche Schäden sogar dann erkennt, wenn sie nur 0,01 Millimeter groß sind.
erschienen in: SPS-Magazin 1/2020