Berührungslose Qualitätssicherung Mit (3D-) Kameratechnik zur Null-Fehler-Produktion?

Durch Bildverarbeitung von Kameradaten lassen sich Fehler und Unregelmäßigkeiten in Produktionsprozessen frühzeitig erkennen. Prävention leistet damit einen wichtigen Beitrag zur Qualitätssicherung.

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Mit dem Ziel, die Produkt- und Prozessqualität zu erhöhen, befinden sich Produktionsverfahren in stetigem Wandel. Angetrieben durch den hohen Zeit- und Kostendruck, die Durchsätze zu steigern und den Ausschuss zu reduzieren, wird viel Energie in die Automatisierung der Prüfschritte investiert. So lassen sich die notwendigen, aber zeit- und kostenintensiven Laborprüfungen vermehrt durch Produktkontrollen „Inline at the shopfloor“ ersetzen.

Moderne Kameratechnik behält dabei zu jeder Zeit und fast überall während der laufenden Produktion den Überblick über Prüfobjekte und ihre Eigenschaften, ohne dabei aktiv ins Geschehen einzugreifen. In Kombination mit Bildverarbeitung bietet der Einsatz von Kamerabildern vielfältige Einsatzmöglichkeiten und Vorteile. Optische Mess- und Prüfverfahren ermöglichen blitzschnelle Qualitätsprüfungen direkt im Fertigungsprozess und arbeiten zudem verschleißfrei. Ersetzen Industriekameras einfache Barcode-Leser, kann neben dem Code-Inhalt auch etwa die Codequalität, Ausrichtung, Farbe, Größe und Umgebung ermittelt und ausgewertet werden. Das erweitert nicht nur die Prüfmöglichkeiten, sondern auch die Prüfqualität und erleichtert zudem die weitere Automatisierung der Qualitätssicherung.

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3D-Bildverarbeitung verbessert Flexibilität und Genauigkeit

Kameras können bereits entstandene Fehler frühzeitig entdecken, noch bevor Folgefehler verursacht werden, die nur schwer oder gar nicht zu korrigieren sind. Doch welche Kameratechnik kann die hohen Anforderungen der Mess- und Prüftechnik erfüllen und Maschinen dazu befähigen, mit eigenen Entscheidungen den Mensch zu unterstützen oder gar zu ersetzen?

Darauf hat Dr. Martin Hennemann, Produktmanager Ensenso bei IDS Imaging Development Systems, eine Antwort: „Mit 3D-Bildverarbeitung kann die Flexibilität und Genauigkeit von Mess- und Prüfprozessen enorm verbessert werden.“

Aktuelle 3D-Kameratechnik versetzt Roboter in die Lage, ihre Umgebung zu analysieren, um selbständig auf unterschiedliche Gegebenheiten zu reagieren. Neben den Abmessungen und der Lage von Objekten im Shopfloor lassen diese Daten auch genaue Rückschlüsse auf Abweichungen oder Fehlstellen gegenüber Referenzobjekten zu. Das ermöglicht Inline-Prüfungen, die zeigen, ob die passenden Komponenten zusammengebaut werden.

Automobilindustrie profitiert deutlich

Gerade in der variantenreich produzierenden Automobilindustrie besteht ein hohes Fehlerpotential. Kunden können ihr Wunschauto individuell zusammenstellen. Die Auswahl umfasst unterschiedliche Bereifung, Motorenvarianten, Fahrwerke oder Innenausstattung. Produktionsmitarbeiter profitieren deshalb besonders von automatisierten Systemen, die rechtzeitig Alarm schlagen, bevor ein falsches oder fehlerhaftes Teil verbaut wird. Das reduziert den Aufwand von nachträglichen Kontrollen oder – weit schlimmer – die Gefahr, dass es aufgrund von Fehlern zu Stillständen in der Produktion kommt.

Dr. Martin Hennemann: „Die hohe Individualisierung bei der Konfiguration von Autos führt unweigerlich zu einer großen Variantenvielfalt, die ohne Unterstützung von Kameratechnik kaum überblickt und geprüft werden kann.“

Demosystem: 3D-Objektverifikation

IDS Imaging Development Systems zeigte auf der Control 2018, internationale Fachmesse für Qualitätssicherung, in Stuttgart ein Beispiel einer 3D-Objektverifikation. Das Demosystem rekonstruiert Objekte mit einer Ensenso N35 3D-Kamera und führt danach einen Datenvergleich mit Hilfe der Halcon Bildverarbeitungssoftware durch. Dazu werden die erzeugten 3D-Daten mit einem Referenzmodell verglichen, um Abweichungen bzw. Fehlstellen zu erkennen. Die 3D-Bildverarbeitung erkennt Unregelmäßigkeiten oder minimale Abweichungen an Testobjekten, die nicht einmal für das menschliche Auge sichtbar sind. Die Qualität hergestellter Objekte kann für nachfolgende Prozessschritte durch hochpräzise Digitalisierung mit 3D-Kameras von Ensenso und anschließender Bildverarbeitung zur Objektverifikation deutlich verbessert werden.

3D ergänzt die 2D-Kameratechnik

Für Dr. Martin Hennemann ist die 3D-Technologie eine gewinnbringende Ergänzung für die 2D-Kameratechnik. In Kombination werden damit immer mehr Anwendungen lösbar. Jede der beiden Technologien hat ihre Vorteile für bestimmte Einsätze. Mit 3D-Daten lassen sich Formen, Oberflächenstrukturen oder die Lage von Objekten im Raum ermitteln. Mit 2D-Daten sind Kanten und Farben präzise detektierbar und Kennzeichnungen lesbar.

Im Fall des IDS Control-Demos werden die 3D-Daten dazu verwendet, einen Objektvergleich durchzuführen. Vorhandene Teile-Codes können zusätzlich zur Identifizierung beitragen. Diese werden idealerweise mit 2D-Kamerabildern dekodiert.

Auch Automobilhersteller verwenden Kamera-basierte Prüfverfahren mit kombinierter 3D- und 2D-Technik in der Endkontrolle, um zum Beispiel Spaltmaße an einer fertig montierten Karosserie zu finden und genau nach Vorgaben zu prüfen bzw. zu messen.

Die Kameratechnik allgemein bietet viele Möglichkeiten, der Lösung einer Null-Fehler-Produktion näher zu kommen. Um Produktionsfehler effektiv zu minimieren kann dabei je nach benötigtem Prüfkriterium die eine oder andere Technologie oder sogar eine Kombination notwendig sein.

Dr. Martin Hennemann: „3D ergänzt die 2D-Kameratechnik. Jede Technologie hat ihre speziellen Vorteile. Die Kombination aus 2D und 3D löst die Aufgaben von heute und morgen und minimiert dabei effektiv Produktionsfehler.“

Qualitätskontrolle manueller Prozesse

Kamerasysteme unterstützen in der Fertigung auch manuelle Prozesse. Sie überwachen dabei Abfolgen an Handarbeitsplätzen. Die Bildauswertung kontrolliert, ob die richtigen Teile gegriffen, die erforderliche Anzahl Schrauben eingeschraubt oder ob ein Teil vergessen wurde. Ein nachfolgendes System weist durch akustische oder optische Hinweise über Monitore oder per Projektion auf korrekte oder fehlerhafte Durchführung der Arbeiten hin. Dies stellt die Qualitätskontrolle während der Fertigung sicher.

Bildverarbeitung

Netzwerk hilft bei Implementierung von Bildverarbeitungs-Lösungen

Der Null-Fehler-Produktion einen großen Schritt näher

Kamera- und Produktionstechniken entwickeln sich stetig weiter. Aber nicht jede neue Kameratechnologie ersetzt sofort eine bestehende. Die junge, in den letzten Jahren enorm weiterentwickelte 3D-Technik visualisiert andere Merkmale eines Objekts. Sie erschließt neue Anwendungen und ergänzt aber ersetzt 2D-Kameratechnik nicht. Kameras entwickeln sich zudem stetig vom „einfachen“ Bildlieferanten zu „intelligenten“, anpassungsfähigen Bildverarbeitungslösungen.

Machine-Vision-Systeme wie die IDS NXT Plattform leisten neben 2D- und 3D-Kameras mit der richtigen Kombination aus Kamera, Sensorik, Intelligenz, Kommunikation und Wandlungsfähigkeit ebenfalls einen beträchtlichen Beitrag zur Fehlerprävention in der Qualitätssicherung.

Eine „perfekte“ Produktion ohne Nacharbeit und Mängel ist heute wie damals eine Idealvorstellung, die sich auch mit hohen Kosten und modernster Technologie nicht realisieren lässt. Der Einsatz von Kamera- und Auswertetechnik ist allerdings mittlerweile für alle unabdingbar, die dem Ziel der Null-Fehler-Produktion einen großen Schritt näher kommen wollen.

Bildverarbeitung

Bildverarbeitungslösungen zur Vision 2018

* Heiko Seitz, Technischer Redakteur, IDS Imaging Development Systems GmbH

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