Visionsystem für Roboter

Zwei Augen auf der Hand

Robotergestützte Visionsysteme für die Produktion von Stoßfängern. Als Machine Vision Spezialist entwickelt Attentra in Tübingen Komplettlösungen für die industrielle Bildverarbeitung und Industrieautomation. Basis dieser maßgeschneiderten Inline-Prüftechnik mit 3D-Vermessungen sind Robot Vision Center.

Mit ihrer kompakten Bauform passen die LPS-36-Sensoren zur Qualitätsprüfung von Automobilstoßfängern auf eine Roboterhand. (Foto: Leuze)

Lichtschnittsensoren basieren auf dem Prinzip der Triangulation. Sie bestehen aus einem Linienprojektor als Lichtquelle sowie einer elektronischen Kamera. Im Fall der Lichtschnittsensoren LPS (Line Profile Sensor) von Leuze electronic handelt es sich bei der Lichtquelle um einen Laser, der eine schmale und helle Linie auf ein Messobjekt projiziert während die Kamera die Projektion der Linie beobachtet. Die Verschiebung der Linie im Kamerabild wird in 3D-Koordinaten umgewandelt. Somit ist der Lichtschnitt ein Verfahren der optischen 3D-Messtechnik, das die Vermessung eines Höhenprofils entlang einer projizierten Lichtlinie ermöglicht. „Das Triangulationsprinzip nutzen wir immer dann, wenn beispielsweise im Rahmen der Inspektion von Kfz-Baugruppen bestimmte Objekte dreidimensional erfasst werden müssen. In solchen Fällen setzen wir die LPS-Profilkameras von Leuze electronic ein“, erläutert Christian Vollrath, einer der drei Geschäftsführer bei Attentra in Tübingen. Der Hauptgeschäftsbereich von Attentra ist die industrielle Bildverarbeitung. Auf Basis der Robot Vision Center-Software realisiert das Unternehmen kundenspezifische Bildverarbeitungssysteme für unterschiedlichste Aufgaben in den Bereichen Qualitätssicherung und Automation von variantenreichen, großen und komplexen Komponenten. Als Beispiel nennt Vollrath die hochflexiblen Inspektionssysteme für Stoßfänger-Produktionslinien bei Rehau: „Hier muss unter anderem kontrolliert werden, ob ein darin integrierter Druckschlauchsensor korrekt verlegt ist. Dazu scannen wir das Profil des Schlauches mit einem LPS Lichtschnittsensor von Leuze electronic.“

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Ergebnisanzeige der Inspektionsaufgabe: Fehler und verdächtige Merkmale werden deutlich angezeigt. (Foto: Leuze)

Vielfalt erfordert Flexibilität
Die Stoßfängerproduktion beim Kunststoffverarbeiter Rehau ist ein Beispiel von vielen, wie sich Kfz-Baugruppen in den vergangenen Jahrzehnten zu komplexen Systemen entwickelt haben. Deren Fertigung erfordert eine hohe Flexibilität, was besonders auch für die Qualitätskontrollen gilt – also Inline-Prüftechnik. Rehau mit Hauptsitz im oberfränkischen gleichnamigen Ort bietet als Kunststoffspezialist Technologien für polymerbasierte Lösungen in den Bereichen Bau, Automotive und Industrie. Im Bereich Automotive zählen Stoßfängersysteme zu den Hauptprodukten, die das Unternehmen an die Automobilindustrie liefert, darunter an große Namen wie Mercedes-Benz, BMW und Audi. Neben der maßgeblichen Gestaltung der Front- und Heckansicht eines Automobils erfüllen diese Bauteile heute höchste Sicherheitsstandards. Durch den Verbau hochkomplexer Technik tragen sie zur Minderung des Unfallrisikos auf den Straßen bei. Die Vielzahl der Marken, Modelle und Ausstattungsmerkmale erfordert vor dem Hintergrund von Just-in-Time- beziehungsweise Just-in-Sequence-Produktion hochflexible Fertigungslinien und gleichzeitig ebenso flexible Prüfeinrichtungen.

Immerhin liefert Rehau mittlerweile Stoßfänger in mehr als 500.000 Varianten. Mit statischen Prüfanlagen, in denen Kameras und Sensoren fest verbaut sind, lassen sich solche Anforderungen meist nicht bewältigen. „Schon gar nicht, wenn Prüfaufgaben mittels Bildverarbeitung direkt in den Fertigungslinien angesiedelt sind, wie es in modernen Produktionslinien zunehmend der Fall ist“, ergänzt Vollrath. Eine adäquate Lösung bietet hier die Robot Vision Center-Software von Attentra. Sie vereint die Flexibilität von Industrierobotern mit der Fähigkeit der Bildverarbeitung, Objekte genau zu erkennen. Der Roboter übernimmt dabei die exakte Positionierung der Kameras und/oder 2D/3D-Sensoren sowie der Beleuchtungssysteme.

Anspruchsvolle Inspektionsaufgaben bei Rehau – gelöst mit Lichtschnittsensor, Kameras und Beleuchtung. (Foto: Leuze)

Individuelle Prüfaufgaben ohne Umrüsten
Eingebunden in ein Produktionssystem übermittelt der Sensor die zu prüfende Bauteilvariante an die Robot Vision Center-Software. Die Software führt anschließend den angepassten Prüfablauf aus, der unterschiedlichste Inspektionen enthalten kann. So lassen sich ganz ohne Umrüsten individuelle Prüf-aufgaben auch bei häufigem Typenwechsel schnell und mit minimalem Prüfaufwand realisieren. Prädestiniert für große Baugruppen ermöglichen die beim Automobilzulieferer als Stoßfänger-Inspektionssysteme installierten Robot Vision Center eine schnelle Erfassung der oft zahlreichen Bauteile in den dafür vorgesehenen Positionen. Die Software visualisiert und dokumentiert die Prüfergebnisse und übermittelt sie an die Produktionsschnittstellen. „Die robotergesteuerte Kamerapositionierung ermöglicht es, die Anzahl der erforderlichen Kameras und Sensoren stark zu verringern. Und das System bleibt flexibel, selbst wenn sich am Bauteil oder an den Prüfpositionen etwas ändert“, ergänzt Vollrath. In den Stoßfänger-Inspektionssystemen sorgt ein Roboter von Universal Robots für maximale Anpassungsfähigkeit bei der Positionierung der Kameras. Er führt zwei 2D-Kameras mit verschiedenen Optiken, die unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe ermöglichen. Speziell für die Einbaukontrolle des Druckschlauchsensors für die „aktive Motorhaube“ ist der Roboter zusätzlich mit einem 3D-Sensor, genauer einem LPS-36-Lichtschnittsensor, ausgestattet, der es ermöglicht, Bilder mit Tiefeninformation zu erzeugen. Der Druckschlauchsensor ist über die gesamte Fahrzeugbreite im Stoßfänger verlegt. Er liegt in einem Block aus Kunststoffschaum, dem sogenannten Pralldämpfer, und muss dort mit größter Präzision in eine Führung eingepasst sein. Er darf an keiner Stelle über den Kunststoffschaum hinaus-ragen.

Der Roboter bewegt den Sensor
Der LPS-36-Lichtschnittsensor übernimmt dabei die präzise Vermessung der Tiefe des Schlauchs im Kunststoffschaum. Dazu wird der Sensor vom Roboter über das Bauteil bewegt. Ein zusätzlicher Encoder im Sensor ermöglicht die Aufnahme dreidimensionaler Bilder. „Um den hohen Genauigkeitsanforderungen zu entsprechen verwenden wir hier die High-Resolution-Ausührung der LPS-36-Lichtschnittsensoren, die uns Detektionen im Zehntelbereich ermöglichen“, erklärt Vollrath, der zudem die kompakte Bauweise der Senoren schätzt. Ein wesentliches Kriterium, diese Sensoren einzusetzen, ist allerdings das Halcon-Interface: Mit dem Image Acquisition Interface lassen sich die Sensoren mit der Bildverarbeitunssoftware Halcon von MVTec betreiben. Es ermöglicht die einfache Erfassung von äquidistanten 3D-Daten mit den Lichtschnittsensoren und das Einlesen der kalibrierten 3D-Daten direkt mit der Software Halcon.    bw

HMI Halle 9, Stand D06

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