Exakte Konturerfassung zur Inline-Qualitätskontrolle

Kante zeigen

Immer öfter kommen Vision-Sensoren auf den Markt, welche die Vorteile der Bildverarbeitung aufweisen, sich aber so einfach wie herkömmliche Sensoren in Betrieb nehmen lassen. So ermöglicht der Linien-Scanner PMD Profiler eine Inline-Qualitätskontrolle zur Prüfung einer korrekten und vollständigen Montage.
Bild: ifm electronic gmbh

Je früher Fehler in der Montage oder Fertigung erkannt werden, umso geringer sind die Kosten, die für Ausschuss entstehen. Eine Inline-Qualitätskontrolle direkt nach dem zu überprüfenden Fertigungs- oder Montageschritt ist deswegen von Vorteil. Je nach Anwendung müssen dabei sehr kleine Details am gefertigten Bauteil erkannt werden. Ein typisches Beispiel ist etwa die Überprüfung eines Spaltmaßes (Gap Control) bei einem aus mehreren Teilen zusammengesetzten Endprodukt. Um einen zu großen Spalt zu erkennen, könnten entweder hochpräzise Abstandssensoren verwendet werden (Voraussetzung hierfür ist allerdings eine exakte Positionierung des Produkts relativ zum Sensor) oder ein Bildverarbeitungssystem. Dort sind aber eine gute Abschirmung gegenüber Fremdlicht sowie ggf. spezielle Beleuchtungen notwendig. Dadurch ist diese Lösung in der Regel vergleichsweise teuer.

Bild: ifm electronic gmbh

Linien-Scanner als Alternative

Um sowohl die exakte Positionierung als auch die aufwändige und teure Installation einer Bildverarbeitung zu vermeiden, bieten sich in vielen Anwendungen so genannte Advanced Vision Sensoren an. Diese erfassen deutlich mehr Informationen als ein einfacher Abstandsensor, aber weniger Informationen als eine klassische Bildverarbeitung. Mittlerweile lassen sich Vision Sensoren so einfach wie ein herkömmlicher Sensor installieren und in Betrieb nehmen. In der Regel funktioniert dies mit der in der Sensorik weit verbreiteten Teach-Funktionalität direkt am Gerät. Ein typisches Beispiel für einen solchen Vision Sensor ist der Linien-Scanner PMD Profiler, der auf dem Triangulationsprinzip basiert. Der Sensor projiziert eine gerade Laserlinie auf die zu messende Oberfläche. Das Laserlicht wird reflektiert und vom Empfangselement (PMD-Chip) im Sensor erfasst. Durch einen Winkelversatz zwischen Projektionseinheit und Empfangselement kann der Kontursensor das Höhenprofil des Objekts erfassen. Im Rahmen der Qualitätskontrolle wird also nicht ein Bild des Produkts oder der Abstand an einer bestimmten Stelle aufgenommen, sondern lediglich eine Linie erfasst. Diese enthält allerdings sehr genaue Höheninformationen, denn die Auflösung des Linie-Scanners beträgt 200µm. Mit dem aufgenommenen x-z-Diagramm kann beispielsweise in der oben genannten Anwendung sehr genau ein Spalt erkannt werden, um dann die fehlerhaften Teile sofort auszusortieren.

Bild 1 | Der Linien-Scanner PMD Profiler erfasst ein genaues Höhenprofil eines Objekts und lässt sich genauso einfach wie ein herkömmlicher Sensor installieren und in Betrieb nehmen.
Bild 1 | Der Linien-Scanner PMD Profiler erfasst ein genaues Höhenprofil eines Objekts und lässt sich genauso einfach wie ein herkömmlicher Sensor installieren und in Betrieb nehmen.Bild: ifm

Einfach wie ein Sensor

Der Messbereich des Linien-Scanners liegt im Bereich von 150 bis 300 mm, wobei die Proportionen des aufgenommenen Höhenprofils unabhängig vom Abstand zwischen Sensor und Objekt sind. Die Ausrichtung und Positionierung des Sensors ist dadurch unkompliziert. Der Anschluss geschieht über einen 5-poligen M12-Steckverbinder. Ebenso einfach sind die Installation und die Inbetriebnahme; Eine externe Beleuchtung ist genauso wenig erforderlich wie eine Abschirmung gegenüber Fremdlicht. Das Einlernen von Referenzobjekten erfolgt mittels der drei Tasten direkt am Gerät, ohne dass ein PC oder eine spezielle Software benötigt wird. Das Menü im integrierten Farbdisplay, das zwischen zehn verschiedenen Sprachen umgeschaltet werden kann, unterstützt den Anwender dabei. Eine projizierte Hilfslinie erleichtert die Festlegung des passenden Bereichs auf dem Objekt. Sobald das Höhenprofil eines Referenzobjekts eingelernt wurde, können Objekte mit der eingelernten Kontur verglichen werden. Eine Schalt-LED direkt am Sensor signalisiert das Erkennen von Gutteilen. Auf diese Weise lassen sich abweichende Teile identifizieren und direkt aus dem Fertigungsprozess ausschleusen. Der gesamte Inbetriebnahme-Prozess ist somit innerhalb weniger Minuten erledigt.

Für unterschiedlichste Anwendungen

Eine Inline-Qualitätskontrolle mit dem PMD Profiler kann den Ausschuss etwa in einer Montagelinie signifikant reduzieren und so die Kosten senken. Mit der integrierten IO-Link-Schnittstelle ergeben sich sogar noch weitergehende Möglichkeiten. So kann etwa ausgegeben werden, wie genau das aufgenommene Profil mit dem vorab eingelernten übereinstimmt. Verschlechtert sich der ´Matching Value´, kann dies auf einen sich anbahnenden Fehler in der Montage oder Fertigung hindeuten. Hier kann dann zeitnah reagiert werden, bevor Fehler auftreten. Auch die Ausschussrate kann über IO-Link an übergeordnete Systeme zur Auswertung und Dokumentation übertragen werden. Die Anwendungsmöglichkeiten des Linien-Scanners in Montage und Fertigung sind vielfältig. Er prüft nicht nur die Anwesenheit eines Objektes, sondern stellt fest, ob tatsächlich das vorgesehene Bauteil verwendet und korrekt montiert wurde. Dabei können auch Teile unterschieden werden, die sich nur minimal unterscheiden, etwa durch eine eingefräste Nut. Auch andere kleine Unterschiede erkennt der Sensor zuverlässig. So kann auch die korrekte Eindrehtiefe einer Schraube oder das Einrasten eines Verschlusses überprüft werden.

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