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Gurtrückhaltesysteme auf den Mikrometer prüfen: 3D-Bildverarbeitung und Software-Mix führen zum Erfolg
Die Grundflächen der geprüften Kunststoffteile müssen bis auf wenige µm plan sein und die Teile dürfen keine Risse oder Grate aufweisen.
Am Ende der Anlage werden die Teile je nach Prüfergebnis in Behälter für Gut- oder Schlechtteile ausgeblasen. Künftig sollen hier mehr Differenzierungen möglich sein.
Das Bildverarbeitungssystem besteht aus einem Linienlaser, einer 3D-Kamera sowie den Softwarepaketen 3D Express Sherlock für die Bildauswertung.

Auf den ersten Blick wirkt das Kunststoffteil unscheinbar, lässt dessen wichtige Funktion nicht erkennen. Als Teil eines Gurtrückhaltesystems in Kraftfahrzeugen übernimmt es eine wichtige und im Ernstfall lebensrettende Aufgabe. „Die Grundflächen dieser Kunststoffelemente müssen absolut plan sein, um ihre Funktion korrekt erfüllen zu können“, erklärt Geschäftsführer Günther Lutz einen wesentlichen Parameter, den die Inspektionsanlage kontrolliert und fehlerhafte Teile gegebenenfalls aussortiert. Zudem muss einhundertprozentig sichergestellt sein, dass die Teile keine Risse oder Grate aufweisen. „Bei einer Durchlaufgeschwindigkeit von 40 Teilen pro Minute sind die Kunststoffteile nur schwer zu kontrollieren“, ergänzt Michael Müller, der als technischer Experte für den Aufbau der Prüfanlage verantwortlich war. Diese Aufgabe kann nur ein leistungsfähiges Bildverarbeitungssystem erfüllen.

Die Randbedingungen für die Entwicklung der Inspektionsanlage waren dabei alles andere als einfach: Zum einen gehören Planaritäts-Prüfungen zu den anspruchsvolleren Tests für die Bildverarbeitung. Zum anderen verursacht die weiße Farbe des Bauteils deutliche Lichtstreuungen, was die Bildauswertung wiederum erschwert. Mit den anfangs getesteten 2D-Bildverarbeitungskonzepten sowie kompakten 3D-Systemen konnte die Prüfaufgabe nicht gelöst werden. „Die Lösung fand sich erst, als wir uns für die Prüfung der Teile an die 3D-Bildverarbeitung auf Basis von Triangulation heranwagten“, erinnert sich Müller. Da auf diesem Gebiet keine Expertise im Unternehmen vorhanden war, suchte und fand man Unterstützung in den Experten von Stemmer Imaging.

3D-Bildverarbeitung und Software-Mix führen zum Erfolg

Michael Müller von Lutz (links) und Dr. Tobias Henzler von Stemmer Imaging besprechen die Auswertung eines Bauteils.

Michael Müller von Lutz (links) und Dr. Tobias Henzler von Stemmer Imaging besprechen die Auswertung eines Bauteils. Stemmer Imaging

Das System, das Lutz im Endausbau zur Prüfung der Kunststoffteile realisiert hat, besteht aus folgenden Komponenten: Ein linienförmiger Laser der Firma Z-Laser beleuchtet die Bauteile, die über ein Transportband durch die Prüfmaschine gefördert werden. Über dem Band ist mit einem Winkelversatz zur Laserlinie eine 3D-Kamera von Automation Technology montiert. Diese Kamera nimmt die Laserprofile nach dem Triangulationsprinzip auf. Als Auswerte-Software kommt die Bildverarbeitungsbibliothek Common Vision Blox zum Einsatz, mit der auch die Bildakquisition realisiert wurde.

Die 3D-Bilder werden mithilfe der Bildverarbeitungssoftware 3D Expess (Aqsense) metrisch kalibriert und in 3D-Punktewolken gewandelt. Anschließend erfolgt ein sogenannter Ebenenfit sowie die Rückprojektion des 3D-Bilds in ein 2D-Grauwertbild. Dieses 2D-Bild enthält weiterhin die metrisch kalibrierten Koordinaten des Prüfobjekts, lässt sich jedoch im nächsten Schritt mit konventionellen 2D-Werkzeugen auswerten. Eine Grauwertstufe entspricht dabei einer Höhe von wenigen Mikrometern. Die auf diese Weise umgerechneten Bilder werden mit der Bildverarbeitungssoftware Sherlock von Teledyne Dalsa ausgewertet.

Den Prüfablauf für die Inspektion der Sicherheitsgurtelemente mit Sherlock erstellte Müller erstellt. Zunächst laufen die Teile auf dem Transportband weiter durch die Maschine und werden am Ende der Förderstrecke ausgeblasen. Abhängig von der Beurteilung landen die Teile in Behältern für Gut- oder Schlechtteile, für die im System eine maximale Stückzahl parametrierbar ist. Sobald die maximale Füllmenge eines Behälters erreicht ist, stoppt die Maschine und zeigt dem Anlagenbediener an, dass ein Kistenwechsel ansteht. „Wir sind mit dieser Anlage bisher komplett reklamationsfrei, das heißt alle Teile, die wir als gut erkannt haben, waren auch tatsächlich in Ordnung“, freut sich Geschäftsführer Lutz über das Ergebnis der Entwicklung. Bei bisher rund sechs Millionen geprüften Teilen hat er allen Grund, zufrieden zu sein.

Schnelle Realisierung der Anlage

Firma im Detail

Teile-Prüfung als Dienstleistung
Die beschriebene Anwendung ist nur ein Beispiel für die Aufgabenstellungen, auf die sich die Lutz GmbH spezialisiert hat. Als Lohnsortierer kontrolliert das Unternehmen mit seinen Prüfstationen verschiedene Objekte wie Dichtringe, Steckereinsätze oder andere mechanische Funktionsteile aus unterschiedlichen Materialien wie Kunststoff, Gummi oder Metall. 90 % der Aufträge kommen dabei aus der Automobilindustrie.

Lediglich drei Monate lagen zwischen der ersten Kontaktaufnahme mit Stemmer, der Konzeptprüfung in Form einer Machbarkeitsstudie, der Bestellung der ausgewählten Bildverarbeitungskomponenten und dem Start des Serienbetriebs der Anlage. „Das hat meine Erwartungen übertroffen“, so Müller. Möglich wurde die schnelle Realisierung auch durch die Kombination der zwei aufeinander abgestimmten grafischen Softwarelösungen 3D-Express und Sherlock. Damit lässt sich die 3D-Bildaufnahme und metrische Kalibrierung mit der eigentlichen Bildauswertung konfigurieren, ohne dass Programmierkenntnisse notwendig sind. Das eröffnet einen leichten und schnellen Zugang zu Lösungen, die ohne 3D-Bildverarbeitung nicht möglich wären.

Die gewonnene Zeit hat der Abteilungsleiter in die Verbesserung der Anlage bei der Prüfung anderer Objekte investiert. „Schließlich stehen wir als Lohnsortierer vor der besonderen Herausforderung, dass die Maschinen schnell auf neue oder bereits zu einem früheren Zeitpunkt eingerichtete Prüfobjekte umgestellt werden müssen“, erläutert Müller, der bereits neue Ideen für die Weiterentwicklung dieser und anderer Anlagen hat. Geplant ist das System zum Beispiel um mehrere Ausgänge für verschiedene Gutteile zu erweitern. Damit lässt sich dann auch eine feinere Sortierung ähnlicher Produkte realisieren. Außerdem sollen verschiedene Optimierungen die Geschwindigkeit bis auf 60 Teile pro Minute erhöhen und die Umrüstzeit auf andere Prüfobjekte reduzieren.