Winzige Produkte gehören zum Alltag bei Zorn Maschinenbau. Das Unternehmen ist als Sondermaschinenbauer auf Klein- und Kleinstteile spezialisiert. Die runden Hartmetallbauteile, die Zorn zur Fertigung von Einspritzpumpen in der Automobilindustrie herstellt und prüft, haben einen Durchmesser von weniger als 1 cm. Für deren Bearbeitung entwickelt der Anbieter Montageanlagen, Roboterzellen und Prüfautomaten. Die dafür hergestellten Bauteile sind aber nicht nur besonders klein, sie unterscheiden sich auch sehr stark voneinander, unter anderem in ihrer Oberfläche. Für die Qualitätsprüfung ist das eine echte Herausforderung.
Je nach Art der Oberfläche sind Bildverarbeitungs-Systeme nicht immer in der Lage, alle Fehler zu entdecken; metallisch glänzende Oberflächen zum Beispiel stellen eine Herausforderung dar. „Je nach Art der vorangegangenen Bearbeitung – etwa durch Fräsen, Drehen oder Schleifen – bietet die Oberfläche ein sehr unterschiedliches Bild“, erklärt Jörg Schmitz, Bildverarbeitungsexperte bei Stemmer Imaging. „Glanzstellen in direkter Nachbarschaft mit dunklen Bereichen lassen oft nur grobe Aussagen zu. Zudem variiert das Bild je nach Zuführung der Teile, der Bearbeitungsparameter und der Materialcharge sehr stark.“ Für solche Fälle eine geeignete Beleuchtung auszuwählen, ist ein wahrer Trail&Error-Prozess, der gerne auch mal unklare Ergebnisse liefert. Zusätzliche Probleme bereiten laut Schmitz gekrümmte Oberflächen.
Zorn Maschinenbau setzt daher auf Trevista. Denn das Bildverarbeitungssystem von Stemmer Imaging hat mit der Inspektion glänzender oder diffus streuender Oberflächen keine Schwierigkeiten. Der IBV-Anbieter vertreibt Trevista als Komplettsystem inklusive Kamera und PC. Das Besondere: Die Technik eliminiert die Textureigenschaften der Oberfläche. „Man sieht nur die Topologie“, so Schmitz. Eine strukturierte, diffuse Beleuchtung des Prüfteils zusammen mit einem speziellen Berechnungsalgorithmus liefere hochwertige Bilder für die nachfolgende automatische Bewertung. Die Oberflächenform wird anhand von Reliefbildern plastisch dargestellt, die selbst Fehlermerkmale von wenigen Mikrometern Tiefe sichtbar machen.
Ein Dom für vier Bilder
Die dazugehörige Dombeleuchtung sorgt für eine optimale Ausleuchtung und hält störendes Fremdlicht ab. Im Unterschied zu anderen Dombeleuchtungen wird die Kuppel nacheinander aus vier unterschiedlichen Richtungen beleuchtet und dabei jeweils ein Kamerabild aufgenommen. Der Berechnungsalgorithmus verarbeitet diese vier Eingangsbilder und erzeugt daraus Reliefbilder sowie Ergebnisbilder und eine Texturansicht. Die Reliefbilder verkörpern die lokale Neigung der Oberfläche in Richtung der x- beziehungsweise y-Achse. Das Krümmungsbild stellt die lokale Krümmung der Oberfläche dar und erfasst die Topografie der Oberfläche richtungsunabhängig. Diese Bilder werden an das Bildverarbeitungssystem weitergegeben, das die automatische Auswertung der Reliefbilder übernimmt.
Der Berechnungsalgorithmus arbeitet PC-basiert und ist in die Software-Plattformen Sherlock von Teledyne Dalsa und Common Vision Blox von Stemmer Imaging eingebunden. Diese beiden Programme übernehmen die automatische Auswertung der Reliefbilder. Der Prüfautomaten-Hersteller Xactools hat seine eigene Nutzeroberfläche auf Sherlock aufgesetzt. „Damit lässt sich das System sehr einfach bedienen“, meint Zorn-Geschäftsführer Martin Zeiher.
Das System sei übrigen Techniken zur Oberflächenprüfung einen Schritt voraus, meint Thomas Erb vom Systemintegrator Xactools. „Man sieht die Fehler in einem Bauteil sofort“, so Erb. „Trevista ist es dabei egal, ob eine Oberfläche matt ist oder glänzt. Ob sie schwarz, grün oder blau ist.“ Die Reliefbilder stellen die Form-Merkmale der Oberfläche deutlich heraus. „Dadurch lassen sich Fehler prüfen, die bisher nicht automatisch ausgesondert werden konnten“, erklärt Erb. Zudem können flache, aber auch stark gekrümmte Oberflächen sicher erfasst werden. Selbst Ungenauigkeiten bei der Teilezuführung wie Verkippungen gegenüber der Beleuchtung werden sicher kompensiert.
Nutzen versus Training
Laut Erb bringt Trevista großen Nutzen: „Mit Trevista lässt sich der Pseudoausschuss-Anteil von etwa zehn Prozent auf weniger als zwei Prozent reduzieren.“ So können die Prüfkosten deutlich reduziert werden. Zeiher rechnet mit ähnlichen Werten für seine Anlagen. Er kann die Aussagen zu den Stärken der Technik bestätigen. „Trevista spielt in einer anderen Liga“, so der Zorn-Geschäftsführer. „Die Einführung dieses Systems ist quasi wie ein Sprung von der Oberliga in die Bundesliga.“ Um Aufzusteigen braucht es jedoch Training. Das Trevista-System muss für jede Anwendung eingelernt werden, das kostet Zeit. So berichtet Zeiher, dass der Kunde bereits für eine Woche vor Ort war, um seine Bauteile probeweise durch die Anlage laufen zu lassen.
Grundsätzlich sei Bildverarbeitung ein steter Lernprozess, meint Schmitz von Stemmer Imaging, „Gerade beim Einsatz von Trevista entdeckt der Anwender immer wieder Dinge, die er vorher nicht gesehen hat.“ Das führt laut Erb dazu, dass der Nutzer die Leistungsfähigkeit des Systems auch voll ausnutzen und möglichst viele Fehler erkennen möchte. So werden die Möglichkeiten der Technik unter Umständen auch zur Herausforderung; denn in der laufenden Produktion ist es nicht immer wirtschaftlich, wenn auch noch die kleinsten Fehler entdeckt werden. Schließlich will man die Ausschussmenge möglichst gering halten.
Der Preis für Trevista inklusive Kamera liegt bei etwa 30 000 Euro. Für eine funktionierende Lösung mit Software, die auf die entsprechende Anwendung eingestellt ist, muss ein Unternehmen laut Erb insgesamt etwa 40 000 Euro zahlen. „Die technische Entwicklung von Trevista geht immer weiter“, berichtet Schmitz. Im Moment liege die Auflösung bei 2k. „Wir arbeiten aber schon an einer 4k-Variante“, so Schmitz. „Die Kameras dafür gibt es bereits. Sie müssen nur noch entsprechend eingerichtet werden.“
