Anwendungsberichte

Aus einem Guss

Automatisches Sichtprüfsystem von Druckgussteilen für die Automobilindustrie

Automatisches Sichtprüfsystem von Druckgussteilen für die Automobilindustrie

In der Automobilindustrie werden vermehrt Druckgussteile aus Aluminium- und Magnesiumlegierungen eingesetzt. Ihr Vorteil: sie sorgen für eine erhebliche Reduktion des Fahrzeuggewichts. Eine Null-Fehler-Qualität bei möglichst geringen Kosten ist dabei der erklärte Anspruch an die Gussstücke. Automatisierung lautet daher das Zauberwort, speziell in den Bereichen Produktion und Verarbeitung. Das System der VisionTools Bildanalyse Systeme GmbH mit integrierter Bildverarbeitung erfasst mit Hilfe einer Ensenso 3D Kamera die Bauteilgeometrie jedes einzelnen Gussteile und prüft dessen Beschaffenheit und Vollständigkeit.

Automatisches Sichtprüfsystem von Druckgussteilen für die Automobilindustrie
Hitzebelastung durch geringen Abstand zwischen
Gussteil und Sensorik

Das Gewicht ist bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor ein entscheidender Faktor für den Kraftstoffverbrauch und damit auch den Ausstoß umweltschädlicher Abgase. Bei Fahrzeugen mit alternativem Antrieb wiederum hilft Leichtbau, das Gewicht von Elektromotoren, Batterien und weiteren Komponenten auszugleichen. Druckgussteile aus Aluminium- und Magnesiumlegierungen haben ein geringes Eigengewicht, lassen sich komplex formen und können kostengünstig erzeugt werden. Typische Druckgussteile aus diesen Metallen sind Motorkomponenten, Getriebegehäuse, Fahrwerksteile und Heckklappenrahmen. Für eine gleichbleibend hohe Qualität der Teile sorgen eingebaute Prüfsysteme, die jedes Gussstück auf Vollständigkeit kontrollieren. Denn fehlerhafte Bauteile verursachen häufig Funktionsstörungen und teure Folgekosten. Gleichzeitig kann so sichergestellt werden, dass das Herstellungswerkzeug nach der Entnahme komplett entleert ist und beim nächsten Befüllen nicht aufgrund von zurückgebliebenem Restmaterial und dem hohen Pressdruck zerstört wird. Meist wurde die Prüfung der Bauteilgeometrie bisher mit mehreren Lichtschranken, Reflektionslichttastern, induktiven Sensoren oder ähnlichem durchgeführt. Durch den geringen Abstand dieser Sensorik zum Gussstück bestand neben einer hohen thermischen Belastung durch Hitze auch die Gefahr der Kollision mit dem Werkstück. Darüber hinaus war bei jedem Typen- oder Werkzeugwechsel an der Druckgussmaschine im Regelfall auch die Neuausrichtung oder Erweiterung der bestehenden Sensorik nötig.

Anwendung

Automatisches Sichtprüfsystem von Druckgussteilen für die Automobilindustrie
Beispiel eines Gussteils mit Gießbohnen

Abhilfe schafft das automatische Sichtprüfsystem von VisionTools mit integrierter Bildverarbeitung. Direkt in der Fertigungslinie ermöglicht es die berührungslose Erfassung der Bauteilgeometrie eines Gussstückes aus sicherer Entfernung. Mithilfe einer Ensenso N35 3D Kamera von IDS kontrolliert es die korrekte Beschaffenheit und Vollständigkeit aller Angüsse, Gießbohnen, -läufe, -kanäle oder Speiser. Die Auswertung erfolgt anschließend mit der Bildanalysesoftware VisionTools V60. Je nach Bauteilgröße und Position sind mehrere Bildaufnahmen notwendig, um sämtliche Bohnen, Butzen und Angüsse prüfen zu können. Hierzu platziert der Roboter das Bauteil entsprechend vor der 3D Kamera. Die Bildaufnahme und -auswertung dauert pro Bauteilposition zwischen 0,3 und 1,2 Sekunden. Die Vorgabe von Typ- und Prüfpositionsnummer erfolgt durch die Maschinensteuerung.

Das System verwaltet eine beliebige Anzahl an Produktvarianten. Die Umsetzung von Typ- und Werkzeugwechseln ist alleine mit Hilfe der Bildverarbeitungssoftware VisionTools V60 und ohne Veränderung der 3D Kamera möglich. Dafür werden über die Software zuvor einmalig für jedes Bauteil bzw. jede Prüfposition bestimmte Prüfmerkmale festgelegt. Diese werden mit der Aufnahme des aktuellen Gusserzeugnisses abgeglichen. Bei Abweichungen gibt das System eine Fehlermeldung aus. Aufwändige Umrüstungen, eine versehentliche Verstellung der Sensoren oder lange Ausfall- und Stillstandszeiten gehören damit der Vergangenheit an.

Automatisches Sichtprüfsystem von Druckgussteilen für die Automobilindustrie
Giessbohnen Screenshot 3D Daten in Grauwertstufen
dargestellt

VisionTools nutzt eine Ensenso N35 3D Kamera, um die Gießbohnen in den Aufnahmen vom Hintergrund unterscheidbar zu machen. Verschiedene Werkstücke weisen aber oft unterschiedliche Glanzeigenschaften auf. Diesen Herausforderungen muss die Kamera gewachsen sein. Da die Qualität von Stereo Vision direkt von Lichtverhältnissen und Oberflächenbeschaffenheit (Textur) der zu prüfenden Objekte abhängig ist, sind Ensenso 3D Kameras aufgrund ihrer Verfahrensweise besonders für diese Anwendung geeignet. Denn sie verbessern das klassische Stereo Vision Verfahren mit einer speziellen Technik. Alle Ensenso 3D Kameras arbeiten nach dem „Projected Texture Stereo Vision“-Verfahren. Jedes Modell verwendet jeweils zwei CMOS Kameras sowie einen Projektor, der Hilfsstrukturen auf das aufzunehmende Objekt projiziert, in diesem Fall auf die Gussteile, um die Genauigkeit der Oberflächenabbildung zu steigern.

Automatisches Sichtprüfsystem von Druckgussteilen für die Automobilindustrie
Maschinenterminal zeigt direkte Prüfergebnisse der
3D Daten eines Gussteils

Die beiden CMOS Kameras betrachten das jeweilige Gussteil aus unterschiedlichen Positionen. Obwohl der Bildinhalt beider Kamerabilder identisch scheint, weisen sie Unterschiede in der Lage des betrachteten Objektes, also z.B. der Motorkomponenten oder Fahrwerksteile, auf. Da Abstand und Betrachtungswinkel der Kameras sowie die Brennweite der Optiken bekannt sind, kann die Ensenso-Software diese Abweichungen durch Triangulation in bekannte Längen konvertieren und damit die 3D-Koordination des Objektpunkts für jeden einzelnen Bildpixel bestimmen und zu einer 3D-Punktewolke des zu bearbeitenden Gussteiles zusammenführen. Dadurch werden neben einer höheren Qualität der Tiefeninformation auch präzisere Messergebnisse erzielt.

Die im Modell N35 integrierte Flex View-Technik steigert die Genauigkeit der Messergebnisse nochmals. Dabei kann die Position der Projektormaske im Lichtstrahl linear in sehr kleinen Schritten verschoben werden. Folglich verschiebt sich die projizierte Textur auf der Objektoberfläche der Szenenobjekte ebenfalls und erzeugt andere Hilfsstrukturen. Mehrere Bildpaare derselben statischen Szene mit unterschiedlichen Texturen aufgenommen, erzeugen eine viel höhere Anzahl von Bildpunkten. Die Auflösung vergrößert sich. Neben der Auflösung steigt auch die Robustheit der Daten auf schwierigen Oberflächen, da die verschobenen Musterstrukturen zusätzliche Informationen auf glänzende, dunkle oder spiegelnde Oberflächen aufbringen. Damit entspricht die Ensenso N35 den Anforderungen des Kunden: die Gießbohnen in den Aufnahmen vom Hintergrund unterscheidbar zu machen und die Werkstücke mit ihren oft unterschiedlichen Glanzeigenschaften verlässlich prüfen zu können.

Die kameragestützte Bildverarbeitungslösung von VisionTools reduziert Fehler bei der Teilekontrolle auf ein Minimum. Der Stillstand der Druckgussmaschinen kann fast vollständig vermieden werden.

Das verringert die Herstellungskosten und sorgt für einen reibungslosen Fertigungsprozess: zum guten Schluss aus einem Guss – mit Ensenso N35!

Ensenso N35 - 3D-Vision, schnell und präzise

  • Mit GigE Schnittstelle – universell und flexibel einsetzbar
  • Kompaktes, robustes Aluminiumgehäuse
  • IP65/67
  • Global-Shutter CMOS-Sensoren und Musterprojektor, wahlweise blaue oder Infrarot-LEDs
  • Max. fps (3D): 10 (2x Binning: 30) und 64 Disparitätsstufen
  • Max. fps (offline processing): 30 (2x Binning: 70) und 64 Disparitätsstufen
  • Konzipiert für Arbeitsabstände bis 3000 mm (N35) und variable Bildfelder
  • Ausgabe einer einzigen 3D-Punktewolke aller im Mehrkamerabetrieb eingesetzten Kameras
  • Live-Komposition der 3D-Punktwolken aus mehreren Blickrichtungen
  • Integrierte FlexView Technik für eine noch höhere Genauigkeit der Punktwolke und Robustheit der 3D Daten von schwierigen Oberflächen
  • "Projected Texture Stereo Vision“-Verfahren für Aufnahmen texturloser Oberflächen
  • Erfassung sowohl stehender als auch bewegter Objekte
  • Mitgeliefertes Softwarepaket mit Treiber und API für Windows und Linux
  • Ein Softwarepaket unterstützt sowohl USB als auch GigE Modelle
  • Beispielprogramme mit Quellcode für HALCON, C, C++, C#
  • Vorkalibriert und somit einfach einzurichten
  • Integrierte Funktion für die Roboter-Hand-Auge-Kalibrierung mittels Kalibrierplatte
  • Softwareseitige Einbindung von uEye Industriekameras, bspw. um zusätzliche Farbinformationen oder Barcodes zu erfassen
  • Subsampling und Binning für flexible Daten- und Frameraten

Kunde

VisionTools

VisionTools ist eines der führenden Systemhäuser für industrielle Bildverarbeitung. Auf Basis einer umfangreichen Produktpalette bietet das Unternehmen seinen Kunden leistungsstarke und effiziente Systeme für alle Bereiche der industriellen Fertigungstechnik, gestützt auf modernste Bildanalysesysteme und Robotik.

https://www.vision-tools.com