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01 Mit Lichtschnittsensor, Kameras und Beleuchtung lassen sich anspruchsvolle Inspektionsaufgaben lösen

Flexible Qualitätskontrolle in 3D durch Lichtschnittsensoren

02 Christian Vollrath ist Geschäftsführer der Attentra GmbH

03 In Stoßfängern ist heute hochkomplexe Technik integriert, zum Beispiel ein Parksensor

04 Robot Vision Center ist ein maßgeschneidertes Erkennungssystem mit Robotersteuerung für unterschiedliche Prüfaufgaben

05 Ergebnisanzeige der Inspektionsaufgabe

Als Machine-Vision-Spezialist entwickelt Attentra Komplettlösungen für die industrielle Bildverarbeitung und Industrieautomation, beispielsweise zur Inspektion von KFZ-Baugruppen. Die Basis dieser maßgeschneiderten, hochflexiblen Inline-Prüftechnik mit 3D-Vermessungen bilden sogenannte Robot Vision Center. Hier kombiniert Attentra optische Erkennungssysteme mit Robotik. Mit auf der Roboterhand: Lichtschnittsensoren von Leuze Electronic.

Lichtschnittsensoren basieren auf dem Prinzip der Triangulation. Sie bestehen aus einem Linienprojektor als Lichtquelle sowie einer elektronischen Kamera. Die LPS-Lichtschnittsensoren (Line Profile Sensor) von Leuze Electronic haben als Lichtquelle einen Laser, der eine schmale und helle Linie auf ein Messobjekt projiziert, während die Kamera die Projektion der Linie beobachtet. Die Verschiebung der Linie im Kamerabild wird in 3D-Koordinaten umgewandelt. Somit ist der Lichtschnitt ein Verfahren der optischen 3D-Messtechnik, das die Vermessung eines Höhenprofils entlang einer projizierten Lichtlinie ermöglicht. „Das Triangulationsprinzip nutzen wir immer dann, wenn beispielsweise im Rahmen der Inspektion von Kfz- Baugruppen bestimmte Objekte dreidimensional erfasst werden müssen (Bild 1). In solchen Fällen setzen wir die LPS-Profilkameras von Leuze Electronic ein“, erzählt Christian Vollrath, einer der drei Geschäftsführer der Attentra GmbH (Bild 2). Der Hauptgeschäftsbereich von Attentra ist die industrielle Bildverarbeitung. Auf Basis der Software Robot Vision Center realisiert das Unternehmen kundenspezifische Bildverarbeitungssysteme für die unterschiedlichsten Aufgaben in den Bereichen Qualitätssicherung und Automation von variantenreichen, großen und komplexen Komponenten. Als Beispiel nennt C. Vollrath die flexiblen Inspektionssysteme für Stoßfänger-Produktionslinien bei Rehau: „Hier muss unter anderem kontrolliert werden, ob ein darin integrierter Druckschlauchsensor korrekt verlegt ist. Dazu scannen wir das Profil des Schlauchs mit einem LPS-Lichtschnittsensor von Leuze Electronic.“

Vielfalt erfordert Flexibilität in Fertigung und Prüfung
Die Rehau AG + Co bietet als Kunststoffspezialist ganzheitliche Entwicklungen und innovative Technologien für polymerbasierte Lösungen in den Bereichen Bau, Automotiv und Industrie. Im Bereich Automotiv zählen Stoßfängersysteme zu den Hauptprodukten, die das Unternehmen an die Automobilindustrie, darunter so große Namen wie Mercedes-Benz, BMW und Audi, liefert. Die Stoßfängerproduktion ist ein Beispiel von vielen, wie sich Kfz-Baugruppen in den letzten Jahrzehnten zu komplexen Systemen entwickelt haben.

06 LPS-36-Lichtschnittsensoren erlauben die Aufnahme von dreidimensionalen Bildern sowie die Visualisierung möglicher Fehler

07 Kameras, Beleuchtungen und Lichtschnittsensor an der Roboterhand

Deren Fertigung erfordert eine hohe Flexibilität, was im Besonderen auch für die Qualitätskontrollen, sprich die Inline-Prüftechnik, gilt. Neben der maßgeblichen Gestaltung der Front- und Heckansicht eines Automobils erfüllen diese Bauteile heute höchste Sicherheitsstandards. Durch den Verbau von hochkomplexer Technik tragen sie zur Minderung des Unfallrisikos auf den Straßen bei. Die Vielfalt der integrierten Sensorik reicht vom Spurwechsel- und Totwinkelassistenten bis zum Nahbereichsradar und Einparkhilfen (Bild 3). Ein wesentlicher Faktor ist auch der Fußgängerschutz. In diesem Zusammenhang ist die sogenannte „aktive Motorhaube“ eine moderne und zusätzliche Schutzmaßnahme. Sie sorgt durch das Anheben der Motorhaube für mehr Deformationsraum und reduziert so die Verletzungsgefahr eines Fußgängers. Die Sensorik dafür ist ebenfalls im Stoßfänger verbaut und stellt im Rahmen der Qualitätsprüfung besondere Anforderungen. Die Vielzahl der Marken, Modelle und Ausstattungsmerkmale erfordert vor dem Hintergrund von Just-in-Time bzw. Just-in-Sequence-Produktion hochflexible Fertigungslinien und gleichzeitig ebenso flexible Prüfeinrichtungen. Immerhin liefert Rehau mittlerweile Stoßfänger in mehr als 500.000 Varianten. Mit statischen Prüfanlagen, in denen Kameras und Sensoren fest verbaut sind, lassen sich solche Anforderungen meist nicht bewältigen. „Schon gar nicht, wenn Prüfaufgaben mittels Bildverarbeitung direkt in den Fertigungslinien angesiedelt sind, wie es in modernen Produktionslinien zunehmend der Fall ist“, ergänzt C. Vollrath.

Kameras, Beleuchtungen und Sensoren auf einer Hand
Eine adäquate Lösung bietet hier die Robot-Vision-Center- Software von Attentra (Bild 4). Sie vereint die Flexibilität von Industrierobotern mit der exakten Objekterkennung der Bildverarbeitung (Bild 5). Der Roboter übernimmt dabei die Positionierung der Kameras und/oder 2D/3DSensoren sowie der Beleuchtungssysteme Eingebunden in ein Produktionssystem übermittelt der Sensor die zu prüfende Bauteilvariante an die Robot-Vision- Center-Software. Diese führt anschließend den angepassten Prüfablauf aus, der unterschiedlichste Inspektionen enthalten kann. So lassen sich ganz ohne Umrüsten, individuelle Prüfaufgaben auch bei häufigem Typenwechsel schnell und mit minimalem Prüfaufwand realisieren. Prädestiniert für große Baugruppen ermöglichen die bei Rehau als Stoßfänger-Inspektionssysteme installierten Robot Vision Center eine schnelle und sichere Erfassung der oft zahlreichen Bauteile in den dafür vorgesehenen Positionen. Die Software visualisiert und dokumentiert die Prüfergebnisse (Bild 6) und übermittelt sie an die Produktionsschnittstellen. „Die robotergesteuerte Kamerapositionierung erlaubt es, die Anzahl der erforderlichen Kameras und Sensoren stark zu verringern. So bleibt das System flexibel, selbst wenn sich am Bauteil oder an den Prüfpositionen etwas ändert“, ergänzt C. Vollrath.

Präzise Inspektion in 3D
In den Stoßfänger-Inspektionssystemen sorgt ein Roboter von Universal Robots für eine große Anpassungsfähigkeit bei der Positionierung der Kameras. Er führt zwei 2D-Kameras mit verschiedenen Optiken, die unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe ermöglichen. Speziell für die Einbaukontrolle des Druckschlauchsensors für die „aktive Motorhaube“ ist der Roboter zusätzlich mit einem 3D-Sensor, genauer einem LPS-36-Lichtschnittsensor ausgestattet, der es ermöglicht, Bilder mit Tiefeninformation zu erzeugen (Bild 7). Der Druckschlauchsensor ist über die gesamte Fahrzeugbreite im Stoßfänger verlegt. Er liegt in einem Block aus Kunststoffschaum, dem sogenannten Pralldämpfer, und muss dort mit hoher Präzision in eine Führung eingepasst sein. Er darf an keiner Stelle über den Kunststoffschaum hinausragen. Der Lichtschnittsensor LPS 36 übernimmt dabei die präzise Vermessung der Tiefe des Schlauchs im Kunststoffschaum. Dazu wird der Sensor vom Roboter über das Bauteil bewegt. Ein zusätzlicher Encoder im Sensor erlaubt die Aufnahme von dreidimensionalen Bildern. „Um den hohen Genauigkeitsanforderungen zu entsprechen, verwenden wir hier die High- Resolution-Ausführung der Lichtschnittsensoren LPS 36, die uns Detektionen im 0,1-mm- Bereich ermöglichen“, erklärt C. Vollrath, der zudem vor allem die kompakte Bauweise und das günstige Preis-Leistungs- Verhältnis der Senoren von Leuze Electronic schätzt. Ein wesentliches Kriterium, diese Sensoren einzusetzen, war zudem das Halcon-Interface. Mit dem Image Akquisition Interface lassen sich die Sensoren mit der weltweit verbreiteten Bildverarbeitungssoftware Halcon des Münchner Unternehmens Mvtec betreiben. Es ermöglicht die einfache Erfassung von äquidistanten 3D-Daten mit den Lichtschnittsensoren sowie das Einlesen der kalibrierten 3D-Daten direkt mit der Software.

Zusammenfassung
Die Software Robot Vision Center von Attentra ist eine Steuerungssoftware, die optische Erkennungssysteme, Robotersteuerungen und Produktionssysteme verbindet. Die Performance der Roboter sowie der Kamerasysteme bzw. Sensoren wird je nach Anforderung angepasst. Das Resultat sind flexible Lösungen für Automations- und Inspektionsaufgaben. Die LPS-36-Sensoren von Leuze Electronic passen optimal in dieses Konzept, weil sie die Dimensionen oder die Lage von Objekten vermessen können und per se aufwendige Sensorlösungen, Sensorkombinationen oder zusätzliche Auswertegeräte sparen. Sie kommen vor allem dann zum Einsatz, wenn die 2D-Kameras an ihre Grenzen stoßen. (no)

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Autor:
Dipl.-Ing. (FH) Matthias May ist Technischer Redakteur bei der Leuze Electronic GmbH + Co. KG in Owen/Teck. matthias.may@leuze.de