Vision-Sensoren Von einfachen Prüfaufgaben bis zur Qualitätssicherung

Opto-Sensoren übernehmen schon seit Jahrzehnten einfache Mess- und Prüfaufgaben in der Automatisierungstechnik. Steigende Anforderungen verlangen gleichzeitig einen zunehmenden Einsatz von komplexen Bildverarbeitungs-Systemen. Allerdings machen die großen Unterschiede zwischen beiden Produktgruppen Zwischenlösungen erforderlich, die diese Lücke schließen. Panasonic Electric Works bringt hier den Vision-Sensor LightPix ins Spiel.

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„Vision-Sensoren sind einfach, schnell und sicher. Sie ermöglichen eine Hundert-Prozent-Kontrolle der Fertigungsprozesse und klassifizieren objektiv und ermüdungsfrei die Produktqualität“, erklärt Carsten Wieber, Mitarbeiter im Bereich Applikation Bildverarbeitung bei Panasonic Electric Works Deutschland. Indirekt tragen sie damit letztlich auch zu einer größeren Kundenzufriedenheit bei. Und weil sie sich schnell veränderten Prozessen anpassen können, erhöhen sie zudem die Produktivität der Fertigungsanlagen. Vision-Sensoren sind also – nicht zuletzt auch wegen ihrer vergleichsweise geringen Kosten (Total Cost of Ownership) – ein effizienter Baustein.

Vision-Sensoren machen bisherige Arbeiten überflüssig

Wieber leitet die Bezeichnung Vision-Sensoren aus dem Namen ab: eine Zusammenführung der Bildverarbeitung und der klassischen Opto-Sensorik: Viele Mess- und Prüfaufgaben lassen sich in der Automatisierungstechnik mit herkömmlichen Sensoren schlecht realisieren. „Deshalb haben wir einen Sensorkopf entwickelt, der diesen Anforderungen gerecht wird.“ Denn die meisten Sensoren können nur punktuell die Anwesenheit oder den Abstand zu einem Objekt prüfen. Und weil sie mechanisch verstellt werden, entstehen außerdem bei Produktwechseln oft lange Rüstzeiten, was meistens auch einen neuen Abgleich jedes Sensors auf das zu prüfende Objekt notwendig macht. Wird dagegen ein Vision-Sensor eingesetzt, entfällt dieser aufwändige Arbeitsschritt, weil er, je nach zu fertigendem Produkt, ein zuvor hinterlegtes Prüfprogramm starten kann. Zudem deckt ein solcher Sensor einen zweidimensionalen Bereich ab, so dass eine mechanische Anpassung prinzipbedingt kaum mehr nötig ist.

Die nächste Generation

Nach seinem ersten Vision-Sensor LightPix AE10 stellt Panasonic jetzt den Nachfolger für den europäischen Markt vor. „Der LightPix AE20 lässt schon von außen erkennen, dass er mehr Sensor als Bildverarbeitungs-System ist“, beschreibt Wieber. In einem Gehäuse aus eloxiertem Aluminium ist die komplette Auswerte-Elektronik samt Optik und weißer LED-Beleuchtung untergebracht. Gemäß Schutzart IP67 ist der Sensorkopf spritzwasser-geschützt. Zum einen kann der AE20 durch seine kompakte und robuste Bauweise die Vorteile eines Sensors ausspielen, weil er sich einfach in die Produktionsabläufe integrieren und installieren lässt. Zum anderen lässt er sich durch die selbsterklärende Handhabung des Sensorkopfs und die Benutzeroberfläche der Software schnell in Betrieb nehmen. Die speziell auf den Vision-Sensor abgestimmte Hardware erreicht kurze Prüfzeiten – bis zu 10 ms. Aus der Bildverarbeitung haben die Entwickler einen flächigen CMOS-Chip, integrierte Optik und Beleuchtungen sowie wichtige Auswerte-Algorithmen übernommen. Zusätzlich kann der Bediener sich die Prüfergebnisse über ein 2,5-Zoll-Farbdisplay anzeigen lassen – und somit den laufenden Prozess schnell bewerten.

In wenigen Schritten betriebsbereit

Auch die Montage ist einfach: Mit nur zwei Schrauben ist der Sensorkopf in der Anlage zu befestigen. Der richtige Arbeitsabstand zum Objekt lässt sich komfortabel durch zwei im Sensorkopf integrierte LED‘s einstellen, die einen sich kreuzenden Pilotstrahl aussenden. Zur Höhenausrichtung wird der Sensor so lange verschoben, bis sich die Lichtpunkte auf dem Objekt treffen. Anders als bei den Bildverarbeitungs-Systemen sind kein Nachmessen des Abstands, Scharfstellen der Optik, Auswählen der Blendeneinstellung oder Beleuchtungs-Optimierungen notwendig.

Applikationsbezogene Bildbereiche

Es gibt vier Sensorköpfe, die sich in ihrem Bildbereich und Arbeitsabstand unterscheiden. Somit kann der Anwender den Sensorkopf zur Lösung seiner Applikation einfach auswählen. Um einen Sensor für die jeweilige Prüfaufgabe zu parametrieren, gibt es drei Möglichkeiten: entweder mittels Bedienteil mit ansteckbarem LCD-Farbmonitor, über ein Touch-Terminal (Panasonic GT10), oder über ein USB-Interface per PC und der Windows-Software AETool, die unter www.lightpix.de kostenlos zum Download zur Verfügung steht.

Die Vorzüge der Software sieht Wieber zum einen in der strukturierten, auf Windows basierenden Benutzeroberfläche, der Möglichkeit der Projektverwaltung und des Speicherns von Bildern aus dem Prüfablauf. Auf jedem Vision-Sensor lässt sich mit Hilfe der AETool-Software das gewünschte Prüfpaket laden, wovon zur Zeit sechs zur Auswahl stehen. Sie bieten Farbkontrollen, einfache Bauteil-Vermessungen, Positions- und Lagekontrolle sowie einen Mustervergleich. Es müssen nur einige Grundparameter – in wenigen Schritten per Teach-In-Funktion – eingestellt werden. Weil die Größe des Bildfelds beim AE20 fix ist, brauchen die Messwerte nicht mehr kalibriert werden. Die Ergebnisse, beispielsweise beim Messpaket, lassen sich direkt in Millimetern darstellen.

Ist der Sensor konfiguriert, kann er entweder Stand-alone oder zur Online-Überwachung mit Display-/Bedieneinheit arbeiten. Zur Ausgabe der Prüfergebnisse stehen drei digitale Ausgänge und eine RS-232-Schnittstelle zur Verfügung. Typische Prüfzeiten bewegen sich je nach Programm zwischen 10 und 100 ms. Damit eignet sich das Gerät auch für schnelle Abläufe.

Praxisbeispiel: Einsatz in der Qualitätssicherung

In einem Produktionsbetrieb für Antriebstechnik muss nach dem Verschweißen eines Arretierungshebels an einem Zahnrad überprüft werden, ob die verschweißte Fläche ausreichend groß ist. Außerdem soll die richtige Farbe erkennbar sein. Wegen der unterschiedlichen Formen und der Lagen der Fläche sowie Oberflächenbeschaffenheit, kamen Reflexions-Lichtschranken und Lichttaster nicht in Frage. Mit dem LightPix, der einen Farbchip nutzt, lässt sich das Problem einfach lösen: Im Teach-Modus wird die Farbe des Arretierungshebels eingelernt, anschließend die Grenzen für die minimale und maximale Flächengröße sowie für den Suchbereich vorgegeben. Danach ist das Gerät einsatzbereit, der Sensorkopf mit integrierter Beleuchtung und Auswertungselektronik arbeitet nun autark. Bereits am Markt verfügbare Farbbildverarbeitungs-Systeme lösen zwar längst solche Applikationen – sie haben allerdings weit mehr Funktionalität als notwendig, und die damit verbundenen hohen Anschaffungskosten schrecken viele Anwender ab. Vision-Sensoren sind hier eine wirtschaftliche Lösung.

Panasonic Electric Works Deutschland, Tel. +49(0)8024 6480

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