Bleche im Blick

Exklusiv in kem Der Autor Ralf Baumann ist freier Fachjournalist in Karlsruhe

Extrem schnell und beinahe spielerisch leicht bewegen sich die Roboter zwischen Stahlblechteilen. Prüfen, aufnehmen, in der Schweißstation ablegen, wieder aufnehmen, erneut zur Prüfung ablegen. Die Schweißanlage der KWD Automobiltechnik GmbH in Wolfsburg, ein Tochterunternehmen der Schnellecke Group AG & Co. KG, geht neue Wege in der Teilefertigung. Verantwortlich hierfür zeichnet das Zusammenspiel intelligenter 3D-Bildverarbeitung von Cognex, moderner Robotik von Kuka und einem ausgereiften Maschinenbau von W-Plan.

Unter Federführung der KWD wurde das Projekt realisiert und Cognex hat sich als optimaler Partner erwiesen. Der mit 3D-Bildverarbeitung gesteuerte Pick-and-Place-Prozess übernimmt sowohl den Transport als auch die Qualitätsprüfung von Roh- und Fertigteilen. Das Vision-System „Visionpro 3D“ von Cognex erkennt dabei Lage und mögliche Verdrehungen der Seitenteile im Zuliefer-Rack und leitet die Daten an die Robotersteuerung weiter. Diese passt die Greiferbewegung an die Ist-Position der Teile in Echtzeit an.

Das Resultat ist deutlich erhöhte Produktqualität in Relation zur früheren Qualitätskontrolle durch die Augen des Bedienpersonals. Die Arbeitskapazitäten des Maschinenführers konzentrieren sich heute auf die reibungslose Anlagensteuerung anstatt auf das lagerichtige Zuführen und Entnehmen der Teile.

Der gesamte Produktions- und Qualitätsmanagementprozess der Pkw-Seitenteile erfolgt unter den kritischen Blicken des 3D-Vision-Systems. Je nach Anforderung des Arbeitsschritts nehmen Einzel- oder Stereokameras die relevanten Bildsektoren auf. Die Visionpro-3D-Software mit äußerst zuverlässigen Bildverarbeitungsalgorithmen hoher Präzision liefert die 3D-Positionsdaten in Echtzeit.

Das intelligente Vision-System bedient sich für den geometrischen Mustervergleich unterschiedlicher 2D-Werkzeuge aus der umfassenden Visionpro-Tool-Bibliothek, wie beispielsweise der patentierten Bildverarbeitungssoftware „PatMax“. Präzise Kalibrierwerkzeuge kompensieren optische Verzerrungen und synchronisieren die Kameras mit den fließenden Bewegungen der hochkomplexen Robotergreifer.

Im ersten Arbeitsschritt positioniert sich Roboter 1 mit dem Greifer und integriertem Vision-System vor dem Bauteilmagazin, in dem die Kleinteile als Stapel waagrecht angeordnet sind. Er misst die Teileposition und greift präzise und lagerichtig die Einzelteile. Das Greifen erfolgt in zwei Schritten. Zunächst werden die Teile mittels Vakuum angesaugt, woraufhin Stifte in Passungen einfahren und damit die Bleche fixieren.

Währenddessen positioniert sich Roboter 2 mit seinem zweiseitigen Greifsystem und ebenfalls integrierter 3D-Vision-Technik vor dem Transportrack, in dem er die Großteile als Stapel senkrecht angeordnet vorfindet. Roboter 2 prüft die Position der Transportverriegelung, misst die exakte Teileposition und nimmt die Komponenten lagerichtig auf. Anschließend fahren beide Roboter zur Einlegestation, einem Drehtisch, und legen die Teile positionsgerecht in logischer Reihenfolge ab.

Nach dem Schweißprozess mit einem Punktschweißroboter führen die Roboter 1 und 2 eine optische Schweißpunktprüfung durch. Inspiziert werden Anzahl und Lagerichtigkeit der Schweißpunkte. Das 3D-Vision-System prüft, ob die Schweißpunkte in den vordefinierten Feldern angebracht wurden.

Anhand der Parameter der Schweißsteuerung untersucht die Anlage, ob die jeweiligen Wurzeln der Schweißpunkte korrekt sind. Die gewonnenen Daten der Prüfung werden archiviert und die Bilder werden den entsprechenden Parametern zugeordnet. Auf diese Weise erreicht KWD Automobiltechnik eine lückenlose Rückverfolgbarkeit und einen dokumentensicheren Qualitätsnachweis.

Im letzten Arbeitsschritt entnimmt Roboter 2 das fertig geschweißte Bauteil und legt es in das Transportgestell für Fertigteile ab. Ist die geforderte Stückzahl der Fertigteile im Transportgestell erreicht, erfolgt das Signal an die Transportlogistik, die das volle Transportrack abholt und ein leeres Rack anliefert.

Neben der Produktkontrolle ist eine wichtige Leistung der neuen Anlage mit Visionpro 3D die Prüfung vordefinierter Anlagensektoren. Das 3D-Vision-System inspiziert neben dem Produkt selbst eine Reihe von Initiatoren und Endlagen, wie beispielsweise die Spanner der Schweißstation. Auch die Transportklinken der Behälter werden dahingehend kontrolliert, ob sie offen oder geschlossen sind. Selbst unter Volllast gelingt der Anlage eine markante Effizienzsteigerung.

Eine der größten Herausforderungen bei der Implementierung des 3D-Vision-Systems war die Beleuchtung. Die Einzelkomponenten der Seitenteile verfügen in den Transportracks nicht über eine definierte Position und können sich in einem bestimmten Bereich verdrehen oder verkippen. Daraus resultiert ein ständig wechselndes Reflexionsverhalten des blanken Metalls der Pkw-Bleche. Die Lösung besteht in der Konstruktion einer Umhausung mit weißen Innenwänden, über die weißes Licht mit möglichst großen Einstrahlwinkeln homogen auf die Metallteile trifft.

Nach einem rund neunmonatigen Entwicklungs- und Inbetriebnahmezeitraum läuft die neue Anlage im Drei-Schicht-Betrieb auf Hochtouren. Doch KWD Automobiltechnik denkt bereits einen Schritt weiter. In zukünftigen Anlagen sollen 3D-Vision-Systeme dazu beitragen, die Anzahl von Initiatoren deutlich zu senken. Dies bedeutet weitere Kosteneffizienz und minimiert mögliche Fehlerquellen.

Die Firma Schnellecke Group AG & Co. KG ist ein international agierender Logistikdienstleister und Zulieferer für die Automobilindustrie mit weltweit rund 40 Standorten. Unter der Dachmarke KWD Automobiltechnik produziert das Unternehmen Karosserieeinzelteile und -baugruppen für verschiedene Automobilhersteller.

Cognex; Telefon: 0721 6639-0;

E-Mail: support@cognex.de

Softwarepaket industrielle Bildverarbeitung

Die Entwicklungszeit von kompletten Vision-Anwendungen – bis einschließlich der Implementierung mit nahezu absolut sicher arbeitendem Prozess – muss aus vielen wichtigen Gründen der Effizienz so weit wie möglich minimiert werden. Die Bildverarbeitung muss immer komplexere Aufgaben in der Qualitätssicherung und Identifikation gewährleisten, reibungslos in den Fertigungsprozess und die Betriebskommunikation eingebunden werden sowie aktuelle Anforderungen der Dokumentation, wie die europäische Maschinenrichtlinie und internationale Normen und Standards, erfüllen.

Für diese umfangreichen Anforderungen liefert das Bildverarbeitungs-Softwarepaket „Visionpro“ von Cognex hardwareunabhängig eine breite Palette von Fähigkeiten für alle Industriebranchen. Integriert sind die umfassende Bibliothek von effizient und sicher arbeitenden Visiontools sowie die vielseitige und flexible Vision-Entwicklungsumgebung mit ständig aktualisierter Technologie. Die Software ist das Ergebnis von den jahrzehntelangen Erfahrungen und Entwicklungen in der industriellen Bildverarbeitung.

Die in Visionpro enthaltene patentierte und weltweit vielfach verwendete Vision-Software PatMax verwendet geometrische Grundstrukturen für die Objekterkennung. Aus der Analyse der geometrischen Informationen sowohl der Merkmale als auch deren räumlicher Relation wird die Position des Objektes eindeutig und genau bestimmt. Merkmale wie zum Beispiel Konturen mit geringem Kontrast werden dadurch zuverlässig, genau und schnell erkannt. Das Visiontool ist unempfindlich gegenüber Lage-, Orientierungs- und Maßstabsveränderung des Objektes. Die gleichzeitige Untersuchung von Kontur und Struktur des Objektbildes eliminiert wechselnde Beleuchtungs- und Kontrastverhältnisse.

Auf dieser Vision-Technologie basieren inzwischen eine ganze Reihe weiterer Module von Visiontools wie zum Beispiel „Patinspect“, „Patflex“, „Patmax Synthetic“, „Patmax XCL“, „Patmax SA“ und „Idmax“ für das zuverlässige Lesen unterschiedlichster 1D- und 2D-Codes. So lokalisiert Patflex selbst dann noch Objekte, wenn sie unterschiedliche Oberflächenperspektiven oder verzerrte Oberflächen aufweisen. Weitere Visiontools enthalten eine ganze Reihe präziser und zuverlässiger Algorithmen der Farbbildverarbeitung. Dazu zählen „Searchmax“, „Color Extractor“, „NxM Filter“ und „High Speed Color Conversion“ (RGB-Gewichtung). Sie erweitern mit teils einzigartigen Funktionen die Anwendungsvielfalt und -flexibilität. Beispielsweise ist der Color Extractor ein schnell und sicher arbeitendes Segmentierungstool für Bilder mit komplexen Farbzusammenstellungen. Weltweit mehrere Hundert Partner-System-Integratoren von Cognex arbeiten bereits mit Visionpro-2D-Werkzeugen bei unzähligen Bildverarbeitungs- und Roboteranwendungen. Visionpro 3D bietet weitere Möglichkeiten, um selbst komplexe Ausrichtungsanwendungen zu bewältigen. Integriert in die bestehende Visionpro-Bibliothek haben Anwender und Integratoren auch im 3D-Umfeld Zugang zum umfassenden Angebot an Identifikations- und Inspektionswerkzeugen. Damit lässt sich der Mehrwert bei jedem Projekt zusätzlich steigern. Hinzu kommt noch eine ganze Bibliothek von speziellen, anwendungspezifischen Visiontools.

Das gesamte Anwendungsspektrum der Visiontools von Visionpro ist auf Hochgeschwindigkeitsleistung optimiert. Viele weitere Funktionen dienen der Optimierung und steigern die Leistung. Integriert ist auch die effiziente Multicore-Arbeitsweise leistungsstarker Computer-Prozessoren. Diese fortschrittliche Arbeitsweise kann bei höherer Komplexität die Bildverarbeitung wesentlich effizienter gestalten, die Taktraten erhöhen und viele Lösungsansätze erschließen.

Von großer Bedeutung sowohl für den Systemintegrator als auch den Anwender ist, dass Visionpro nahtlos alle Entwicklungsmodi unterstützt. Durch seine Drag-and-Drop-Bedieneroberfläche ist die Programmierung von Aufgaben rund um die Bildverarbeitung komfortabel, einfach und schnell zu bewerkstelligen.

Ganz egal, welche hohen Anforderungen der Bildverarbeitung in Präzision, Funktionssicherheit und Einbindung in die Prozesssteuerung gestellt werden, die Software-Werkzeuge und Entwicklungsumgebung von Visionpro ermöglichen die Lösung selbst komplexester Aufgaben. Die Visiontools erlauben eine einfache Programmierung von komplexen und anspruchsvollen Anforderungen.