Industrielle Bildverarbeitung - Smartkameras in der Motorenfertigung, Antriebsstrangmontage und Testsystem

Matrox Smartkameras in der Fertigungsline eingesetzt von ThysenKrupp System Engineering
Ein Anlagen- und Schwermaschinenhersteller hat ThyssenKrupp System Engineering, Inc. mit dem Bau einer Motorenmontagelinie für ein neues Werk beauftragt. Zusätzlich hat ThyssenKrupp in dem Werk den Auftrag für eine Bildverarbeitungslösung für diese Montagelinie erhalten (PresseBox) (München, ) Weltmarktführer bei der Konstruktion und Fertigung von schlüsselfertigen Montage- und Testanlagen für Antriebskomponenten der Automobilindustrie, einschließlich Motoren, Getrieben und Achsen ist ThyssenKrupp System Engineering.
Ein Anlagen- und Schwermaschinenhersteller hat sie unlängst damit beauftragt, eine Motorenmontagelinie für ein neues Werk in den USA zu liefern. Als Systemintegrator hat ThyssenKrupp dabei die gesamte Fertigungslinie für Motoren mit einer Bildverarbeitungslösung ausgestattet, das Bildverarbeitungssystem, das mechanische und elektrische System sowie die Mensch-Maschine-Schnittstelle geliefert und die Ausbildung des Personals übernommen. Die erste Stufe der Bildverarbeitungslösung wurde unter Verwendung von sechs Smartkameras Matrox Iris GT entwickelt. Beim Durchlaufen der Fertigungslinie passiert ein Motor mehrere Kontrollsysteme mit Smartkameras, wobei die Anwendungen sowohl auf den Prinzipien Vorhandensein/Nichtvorhandensein als auch Messen/Bewerten basieren.

Einsatz von Smartkameras in der Fertigungslinie
Der Schwermaschinenhersteller hatte seine Bedenken bezüglich des Einsatzes einer bildverarbeitungsbasierten Qualitätskontrolle, insbesondere was die Verlässlichkeit der Ergebnisse, die Systemstabilität und Wartbarkeit der Bildverarbeitungskomponenten betraf. ThyssenKrupp Program Manager Pat Coughlin erläutert dies. “Wir haben dann in Zusammenarbeit mit dem Kunden festgestellt, dass die Komplexität der Teile und die aufwändigen Überarbeitungen beim Auftreten von Fehlern den Einsatz von Inspektionssystemen in den Stationen rechtfertigen. Eine Smart-Kamera ist perfekt dafür geeignet, da sie die Vielfalt der Teile verarbeiten kann und sich vollständig außerhalb des Arbeitsbereichs des Bedienpersonals befindet.”

In der Anwendung A wird eine Smartkamera Matrox Iris GT verwendet, um die korrekte Ausrichtung von Kurbelgetriebe und Getriebepumpe zu überprüfen. Das Kurbelgetriebe hat ein karottenförmiges Merkmal und die Getriebepumpe eine gelbe Linie. Die gelbe Linie muss auf die Karotte weisen.
Anwendung B verwendet vier Matrox Iris GT. Kamera 1 und 2 prüfen das Vorhandensein und die Position von acht Dichtungsringen. Kamera 3 bestimmt das Vorhandensein und die Position von weiteren Dichtungen und acht Dichtungsringen. Kamera 4 überprüft, ob wirklich nur eine einzige Kopfdichtung montiert ist.
Anwendung C verwendet eine Matrox Iris GT um zu kontrollieren, ob sich die Zündmarkierung (aufgebrachte Linie) auf dem Zwischenzahnrad zwischen zwei aufgemalten Zähnen auf dem Kurbelantrieb befindet.

Smartkamera-basierte Visioninspektion
Das Visionsystem basiert auf mehreren Smartkameras. Die Anwendungen wurden mit dem Matrox Design Assistant entwickelt, einer Entwicklungsumgebung, die mit der Smartkamera geliefert wird.
Der Matrox Design Assistant ist eine integrierte Entwicklungsumgebung (IDE), mit der Bildverarbeitungsanwendungen durch das Erstellen eines Ablaufdiagramm ohne Codieren von Programmen oder Skripten mit Sprachen wie Visual Basic, C, C++ oder C# erstellt werden. Nach Abschluss der Entwicklung wird das Projekt (oder Ablaufdiagramm) auf die Matrox Iris GT geladen und dort gespeichert. Das Programm wird ohne Verwendung eines zusätzlichen PC auf der Smartkamera Matrox Iris GT ausgeführt und - in diesem Fall - mit einer SPS-Steuerung über Ethernet überwacht und gesteuert.
Jede Montagestation verfügt über ein Siemens Mensch-Maschine-Schnittstellen (MMS) Bedienpult. Dieses liefert dem Bediener Daten über Motortyp, Durchlaufzeiten und jede an der Station erforderliche Information. Die MMS zeigt auch das Kamerabild an, so dass der Bediener im Falle einer Fehlermeldung die Prüfung einsehen kann. Er kann somit das fehlerhafte Objekt identifizieren und Korrekturen veranlassen. Die Netzwerkverbindung unter Verwendung des TCP/IP-Protokolls wird auch für die Kommunikation mit der SPS-Steuerung der gesamten Montagelinie verwendet. Die Kamera fungiert als Server und die SPS als Client. Die Kamera überwacht dabei die Verbindung mit der SPS. Bei Verbindungsunterbrechungen kann die Kamera den Kommunikationsport automatisch wieder zur Verfügung stellen. Die SPS ist auch zuständig für das Versenden der korrekten Datensätze an die Kamera, abhängig von dem aktuellen Motorentyp an der Station.
Zusätzlich zum Erstellen eines Ablaufdiagramms kann der Anwender mit der integrierten Entwicklungsumgebung eine grafische Benutzerschnittstelle für die Anwendung erstellen, die sowohl das zu prüfende Bild als auch Prüfstatistiken und Steuerungen, Kommentare und Fehlerstatistiken anzeigen kann. Der Benutzerschnittstelle wurden keine Kontrollrechte für Änderungen am Projekt eingeräumt.
Für das System wurde eine Reihe von Werkzeugen des Design Assistant und Schritte des Ablaufdiagramms verwendet. Durch Bildverarbeitungsoperationen wurden die Bilder in Vorbereitung für nachfolgende Analysen verbessert und bearbeitet, außerdem wurden Objekte aufgrund der Bildhelligkeit analysiert und Messwerkzeuge bestimmen die Fertigungsqualität der Teile über geometrische 2D-Bemaßung und Toleranzen. Der ‚Metrology’-Schritt wurde für die Merkmalerkennung und Vermessungen der Merkmale verwendet. Zum Beispiel wurde der Kurbelwinkel vom oberen Totpunkt unter Verwendung des Winkels von Kurbelmitte und einem ’Pfeil’-Muster geprüft. Der ‚Measurement’-Schritt wurde für Anwendung B verwendet – Bestimmung der Stärke der Zylinderkopfdichtung durch Kamera 4. Verschiedene Werkzeuge werden für die redundante Fehlererkennung eingesetzt, so dass beim Ausfallen eines Werkzeuges ein zweites verwendet werden kann. Der ‚Pattern matcher’-Schritt sowie das Mustererkennungswerkzeug, das Objekte anhand der geometrischen Merkmale lokalisiert, werden in Abhängigkeit vom Objekt für die Festlegung und Objekterkennung und -messung eingesetzt.
Das Subflowchart-Merkmal des Design Assistant erlaubt Prüflogik getrennt von Kommunikation und automatischer Messdatenerfassung zu implementieren. Dadurch wird der Entwurfsprozess einfacher und ist später besser zu warten. Subflowcharts erlauben einen gemeinsamen Programmaufbau der Kameras mit dem Hauptprogramm und spezifischen Subflowcharts für bestimmte Programme und Problemlösungen. Diese Subflowcharts enthalten nur Bildverarbeitungswerkzeuge, was die Fehlersuche bei komplexen Änderungen vereinfacht.
ThyssenKrupp hat auch andere Smartkameras für das Bildverarbeitungssystem getestet, aber die Matrox Iris GT bot einige wesentliche Vorteile. Maitland erläutert: Die Produkte von Matrox hatten die Eigenschaften, die für uns am besten geeignet sind, und dies zu einem günstigen Preis. Matrox Iris GT verfügt darüber hinaus über einen größeren Speicher als viele andere Smartkameras. Wir können mehrere Aufgaben (Prüfungen) gleichzeitig ausführen lassen. Die begrenzten Speicherkapazitäten anderer Smartkameras hätten nur die Ausführung einer Aufgabe zugelassen. Außerdem hätten die Bilder auf einem separaten PC gespeichert werden müssen, da kein Speicherplatz auf den Kameras vorhanden war. Das Prinzip des Ablaufdiagramms des Design Assistant machte es auch möglich, verschiedene Inspektionen innerhalb einer Anwendung laufen zu lassen. Im Gegensatz dazu wurde durch andere Smartkameras nur die Entwicklung von einzelnen Prüfungen unterstützt, d.h. eine Anwendung muss erst beendet sein, bevor die nächste geladen und ausgeführt werden kann.
Das Bildverarbeitungssystem für die Motorenfertigungslinie wurde im September 2010 entwickelt. Die Entwicklung lief reibungslos, die Fehlersuche wurde per Fernwartung durchgeführt. Es ist unkompliziert, ein Ablaufdiagramm auf Fehler zu untersuchen, denn die Logik ist in den zusammengesetzten Blöcken einfach zu erkennen. ThyssenKrupp hat die Mehrzahl der technischen Herausforderungen selbst gelöst und nur bei wenigen Fragen während der ersten Entwicklungsphase Support von Matrox Imaging in Anspruch genommen. Dabei hat ThyssenKrupp den direkten Kontakt mit den erfahrenen Ingenieuren von Matrox geschätzt. Fabio Perelli, Smart Camera Product Manager bei Matrox Imaging, ergänzt: Die Entwickler von ThyssenKrupp sind außerordentlich kompetent; tatsächlich haben sie uns ein wertvolles Feedback zu unserer Smartkamerasoftware gegeben. Einiges davon wurde im Matrox Design Assistant berücksichtigt.
Darüber hinaus benötigte ThyssenKrupp nur einen Tag, um das Bedienpersonal in das Bildverarbeitungssystem einzuweisen.

Ein Blick nach vorne
Bei drei Inspektionsstationen der Motorenfertigungslinie wird derzeit die Bildverarbeitung eingesetzt. Eine weitere Station kam im Januar 2011 dazu. Da die ersten drei Stationen effektiv und wartungsfrei laufen, hat sich der Kunde dafür entschieden, Machine-Vision Komponenten von Matrox Imaging auch bei vielen anderen Montageprozessen einzusetzen.

Direkt-Link zum neuen umfangreichen Datenblatt (Datenblatt Iris GT engl)
http://www.rauscher.de/...


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