Manipulatoren, Robotik und Systemlösungen

handling award für Kleinteile-Handling mittels Machine-Vision

Ein Bildverarbeitungssystem ermöglicht die vollautomatisierte Ausrichtung teilbeschichteter Ventilsitzkugeln zum gerichteten Laserschweißen. Die Jury des handling award hob diese Lösung von Robert Bosch auf den ersten Platz in der Kategorie Manipulatoren, Robotik und Systemlösungen.

Auf der Bühne begrüßte der Laudatorin Prof. Dr. Kirsten Tracht (l.) Dr. Stefan Schmitz, Konrad Funk, Dr. Timm Wilke, Patrick Müller, Norbert Redlich, Peter Schramm und Frank Müller. Daneben: Verlagsleiter Peter Eberhard und Juror Edgar Grundler. © Manuel Hauptmannl

Bei der Fertigung moderner Benzin-Hochdruckeinspritzinjektoren werden Dichtsitzkugeln mit kleinen Durchmessern (drei Millimeter) räumlich ausgerichtet und mit einer hohen Winkelgenauigkeit auf einen Nadelstift lasergeschweißt. Die Kugeln sind zum Teil mit einer Beschichtung überzogen, die für eine stabile und langlebige Injektorfunktion wichtig ist.

Eine bildverarbeitungsunterstützte Handhabung der Kugel stellt die korrekte Lage der unbeschichteten Fläche im Bereich der Schweißnaht als auch des Funktionsbereichs der Schicht innerhalb des Injektordichtsitzes sicher. Durch die Kombination von Bildverarbeitung und Handhabungstechnik wird es möglich, teilbeschichtete Kugeln in kurzer Taktzeit von weniger als sechs Sekunden vollautomatisiert zuzuführen und auszurichten.

Die Aufgabe, eine drei Millimeter große teilbeschichtete Kugel inline präziseauszurichten, stellt hohe Anforderungen an Handling und Bildverarbeitung. Bosch hat hierfür eine Lösung entwickelt. © Robert Bosch

Im Handling erfolgt die Ausrichtung mit einem integrierten Rotations- oder projiziertem Translationskonzept, das schrittweise über ein Bildverarbeitungssystem zur Erkennung der aktuellen Kugelorientierung und Berechnung der Lagekorrekturen gesteuert wird. Mit hoher Winkelgenauigkeit werden die Kugeln dann dem Laserschweißprozess lagerichtig zugeführt und prozesssicher auf den Nadelstift geschweißt.

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Zur Absicherung der Fertigungsqualität kommen nach jedem Prozessschritt (Ausrichten, Positionieren, Laserschweißen) weitere Bildverarbeitungssysteme zum Einsatz, die in eine Smart-Factory-Umgebung eingebettet sind und eine teilspezifische Zuordnung der ermittelten Mess- und Prüfergebnisse zum Produkt ermöglichen.

Das vollautomatisierte Zusammenspiel eines schnellen Handlings mit einer intelligenten Bildverarbeitung bietet Kosten- und Qualitätsvorteile gegenüber einer Fertigungsfolge, bei der die fertiggeschweißte Baugruppe außerhalb des automatisierten Wertstromes beschichtet wird. Wesentlich sind dabei ein vereinfachter und produktiverer Beschichtungsprozess sowie die Einsparung logistischen Aufwands. Kugeln und Nadeln werden bei dieser Lösung nicht als Baugruppe zusammen, gehandhabt; vielmehr wird die Kugel als Schüttgut gehandhabt und beschichtet. Kamera und Beleuchtung sind standardisierte Komponenten.

Alle Gewinner des handling award 2018 auf der Bühne. © Manuel Hauptmannl

Die Ausrichtstation besteht aus einer Grundplatte, die auf einem in zwei senkrecht zueinanderstehenden Achsrichtungen dynamisch fahrbaren Kreuztisch aufgebaut ist und auf der die teilbeschichtete Kugel aufliegt sowie einer transparenten Kunststoffführung. Diese Führung dient als Aufnahme und als passives Beleuchtungselement für die richtige Ausleuchtung der Kugel. Durch die translatorische Bewegung der Grundplatte wird die in der Führungsbohrung gehaltene Kugel zur Lageausrichtung rotiert. Kamera und Beleuchtung des Machine-Vision-Systems sind koaxial zur Führungsbohrung über der Kugel angebracht, um die Kugelorientierung zu detektieren und über ein PC-basiertes Bildverarbeitungssystem weiter zu verarbeiten. Die von der Bildverarbeitung erkannte Lage der unbeschichteten Kugelfläche dient zur Berechnung der zur Winkelabweichungskorrektur notwendigen translatorischen Ausrichtbewegungen. pb

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