Detektionen im Zehntelbereich
Lichtschnittsensoren für die Inspektion von Kfz-Baugruppen
Die Attentra GmbH in Tübingen entwickelt Komplettlösungen für die industrielle Bildverarbeitung und Industrieautomation, z.B. zur Inspektion von Kfz-Baugruppen. Die Basis der hochflexiblen Inline-Prüftechnik mit 3D-Vermessungen sind sogenannte Robot Vision Center. Hier kombiniert man optische Erkennungssysteme, wie z.B. Lichtschnittsensoren, mit Robotik.
Lichtschnittsensoren basieren auf dem Prinzip der Triangulation. Sie bestehen aus einem Linienprojektor als Lichtquelle sowie einer Kamera. Im Fall der LPS (Line Profile Sensor) Lichtschnittsensoren handelt es sich bei der Lichtquelle um einen Laser, der eine schmale Linie auf ein Messobjekt projiziert, während die Kamera die Projektion der Linie beobachtet. Die Verschiebung der Linie im Kamerabild wird in 3D-Koordinaten umgewandelt. „Das Triangulationsprinzip nutzen wir immer dann, wenn beispielsweise im Rahmen der Inspektion von KFZ-Baugruppen bestimmte Objekte dreidimensional erfasst werden müssen“, erzählt Christian Vollrath, einer der drei Geschäftsführer der Attentra GmbH. Auf Basis der Robot Vision Center-Software realisiert das Unternehmen kundenspezifische Bildverarbeitungssysteme für die unterschiedlichsten Aufgaben. Als Beispiel nennt Vollrath die hoch flexiblen Inspektionssysteme für Stoßfänger-Produktionslinien bei Rehau: „Hier muss u.a. kontrolliert werden, ob ein darin integrierter Druckschlauchsensor korrekt verlegt ist. Dazu scannen wir das Profil des Schlauches mit einem Lichtschnittsensor.“
Vielfalt erfordert Flexibilität
Die Stoßfängerproduktion bei Rehau ist ein Beispiel von vielen, wie sich KFZ-Baugruppen in den letzten Jahrzehnten zu komplexen Systemen entwickelt haben. Deren Fertigung erfordert eine hohe Flexibilität, was im Besonderen auch für die Qualitätskontrollen, sprich die Inline-Prüftechnik, gilt. Im Bereich Automotiv zählen Stoßfängersysteme zu den Hauptprodukten, die Rehau an die Automobilindustrie, darunter große Namen wie Mercedes-Benz, BMW und Audi liefert. Neben der maßgeblichen Gestaltung der Front- und Heckansicht eines Automobils erfüllen die Bauteile heute höchste Sicherheitsstandards. Die Vielfalt der integrierten Sensorik reicht z.B. vom Spurwechsel- und Totwinkelassistent bis zum Nahbereichsradar und Einparkhilfen. Ein wesentlicher Faktor ist auch der Fußgängerschutz. So sorgt die ‚aktive Motorhaube‘ durch Anhebung der Motorhaube für mehr Deformationsraum und reduziert so die Verletzungsgefahr eines Fußgängers. Die Sensorik dafür ist ebenfalls im Stoßfänger verbaut und stellt im Rahmen der Qualitätsprüfung besondere Anforderungen. Die Vielzahl der Marken, Modelle und Ausstattungsmerkmale erfordert vor dem Hintergrund von Just-in-Time bzw. Just in Sequence Produktion hoch flexible 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 sehr genau zu erkennen. Der Roboter übernimmt dabei die exakte Positionierung der Kameras und/oder 2D/3D-Sensoren sowie der Beleuchtungssysteme. Eingebunden in ein Produktionssystem übermittelt der Sensor die zu prüfende Bauteilvariante an die Software. Diese führt anschließend den angepassten Prüfablauf aus, der unterschiedlichste Inspektionen enthalten kann. So lassen sich ohne Umrüsten, individuelle Prüfaufgaben auch bei häufigem Typenwechsel schnell und mit minimalem Prüfaufwand realisieren. „Die robotergesteuerte Kamerapositionierung erlaubt 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“, erläutert 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 LPS36 Lichtschnittsensor ausgestattet, der es ermöglicht, Bilder mit Tiefeninformationen 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 hinausragen. Der Lichtschnittsensor übernimmt die präzise Vermessung der Tiefe des Schlauchs im Kunststoffschaum. Dazu wird der Sensor vom Roboter über das Bauteil bewegt. Ein zusätzlicher Encoder im Sensor erlaubt die Aufnahme von 3D-Bildern. „Um den hohen Genauigkeitsanforderungen zu entsprechen, verwenden wir hier die High Resolution Ausführung der LPS 36 Lichtschnittsensoren, die uns Detektionen im Zehntelbereich ermöglichen“, erklärt Vollrath, der zudem vor allem die kompakte Bauweise und das günstige Preis-Leistungsverhältnis der Sensoren schätzt. Wesentliches Kriterium, die Sensoren einzusetzen, ist allerdings Halcon, das die einfache Erfassung von äquidistanten 3D-Daten mit den Lichtschnittsensoren und das Einlesen der kalibrierten 3D-Daten ermöglicht.
