Mithilfe der katadioptischen Linse prüft das Kamerasystem das Gewinde von PET- Flaschenrohlingen. Mit einer Aufnahme erfasst die Kamera alle relevanten Merkmale des Gewindes. (Bildquelle: Opto Engineering)

Mithilfe der katadioptischen Linse prüft das Kamerasystem das Gewinde von PET- Flaschenrohlingen. Mit einer Aufnahme erfasst die Kamera alle relevanten Merkmale des Gewindes. (Bildquelle: Opto Engineering)

Die Qualitätssicherung garantiert neben der eigentlichen Funktion eines jeden Produktes und Einzelteils auch die Versorgung von zeitkritischen Prozessketten mit Komponenten. Abweichungen von der Norm ziehen in diesem Zusammenhang erhebliche Folgen nach sich. Neben Regressansprüchen von Kunden wegen Fehlfunktionen können Lieferverzögerungen kostspielige Produktionsstillstände verursachen. Denn häufig werden nach dem Entdecken einzelner Fehlerteile komplette Produktionschargen als suspekt eingestuft und für die weitere Verwendung gesperrt. Das zieht wiederum einen erheblichen Aufwand für zusätzliche Logistik nach sich, ebenso für Adhoc-Umplanungen der Produktion sowie nachträgliche Sortier- und Reklamationskosten.

Diese Ansprüche der Kunden nach uneingeschränkter Qualität eines jeden Einzelteils werden dabei von der Notwendigkeit einer ständigen Produktoptimierung begleitet. Eine komplexere Teilegeometrie geht dabei oft mit einem materialsparenderen Design einher. Diese Entwicklungen stellen die Qualitätssicherung vor enorme Herausforderungen.

Um diese zu erfüllen, müssen Hersteller viele Produktionsfaktoren beachten, die sich insbesondere in der kunststoffverarbeitenden Industrie nicht immer zu 100 Prozent beherrschen lassen: Die Anwender müssen die Temperatur der Schmelze und des Werkzeugs ebenso genau steuern wie die Beschaffenheit des Kunststoffgranulats und die Zykluszeiten. Hier kann es sowohl in der Einlaufphase der Anlage aber auch mitten in einer vermeintlich stabilen Produktion immer wieder zu Abweichungen beim Produkt kommen, die der Endkunde nicht duldet.

Die Pinhole-Optik kommt in einer Produktionslinie für Creme-Tuben zum Einsatz und kontrolliert die Tubenrohlinge vor dem Befüllen auf Rückstände und das Vorhandensein einer Dichtung. Die Besonderheit dieser Optik liegt darin, dass sie die Innenfläche eines zylindrischen Objektes innerhalb eines großen Tiefenschärfebereichs erfasst. (Bildquelle: Opto Engineering)

Die Pinhole-Optik kommt in einer Produktionslinie für Creme-Tuben zum Einsatz und kontrolliert die Tubenrohlinge vor dem Befüllen auf Rückstände und das Vorhandensein einer Dichtung. Die Besonderheit dieser Optik liegt darin, dass sie die Innenfläche eines zylindrischen Objektes innerhalb eines großen Tiefenschärfebereichs erfasst. (Bildquelle: Opto Engineering)

100-Prozent-Kontrolle

Unter Berücksichtigung dieser Tat­sachen ist es nicht verwunderlich, dass in vielen Branchen eine 100-Prozent-Kontrolle der Massenproduktion ein fixes Element der Prozesskette ist. Hierzu zählt neben dem großen Bereich der Verbindungselemente für die Elektroindustrie auch die Medizintechnik. Besonders dort gibt es bei sehr großen Stückzahlen einen sehr geringen Spielraum für Fehler: Ob Spritzen, Infusionen, Ampullen oder sonstige Einweg- und Mehrwegverbrauchsgegenstände, es gibt in kaum einer Branche so hohe Qualitätsanforderungen wie in der Medizintechnik. Für eine effiziente, effektive und prozesssichere 100-Prozent-Sortierung sind Prüfsysteme auf Basis der industriellen Bildverarbeitung ein zentrales Element in vielen Produk­tionsprozessen.

Ob mit Matrixkameras, Zeilenkameras, im visuell sichtbaren, im Ultraviolett- oder Infrarot-Spektrum, es gibt unzählige Kombinationsmöglichkeiten, um für alle erdenklichen Anwendungen eine prozesssichere Prüfung zu erreichen. Kernkomponenten eines solchen Systems sind neben den Kameras und der Bildverarbeitungssoftware die Objektive und die Beleuchtung. Die Firma Opto Engineering, München, stellt seit 2002 Objektive her, seit 2012 zusätzlich Beleuchtungen. Neben den telezentrischen Optiken ist das Unternehmen vor allem für seine 360°-Optiken bekannt.

Das Spiegelsystem kombiniert Spiegel, Strahlteiler sowie Beleuchtungen und liefert neben zwei um 90° versetzte tele-zentrische Durchlichtabbildungen vier Auflichtabbildungen des Prüfteils. (Bildquelle: Opto Engineering)

Das Spiegelsystem kombiniert Spiegel, Strahlteiler sowie Beleuchtungen und liefert neben zwei um 90° versetzte tele-zentrische Durchlichtabbildungen vier Auflichtabbildungen des Prüfteils. (Bildquelle: Opto Engineering)

Rundumblick vereinfacht Prüfprozess

Eignet sich für Bauteile wie Schrauben eine Prüfung auf Basis einer Durchlichtansicht (Schattenbild), reicht dies bei Kunststoffprodukten oft nicht aus. Denn Produktfehler durch Über- oder Unterspritzungen, Gradbildung an Trennstellen oder eingeschlossene Verunreinigungen können auf nur einer Seite auftreten und werden so von der Kamera nicht erkannt. Folglich ist es notwendig, ein Prüfteil aus mehreren Perspektiven zu erfassen. Um letztendlich alle Prüfanforderungen für eine Sortierung zu erfüllen, muss entweder ein Handlinggerät, etwa ein Sechsachs-Roboter, das Teil durch den Prüfprozess führen, oder es müssen mehrere Kameras aus verschiedenen Perspektiven auf das Teil sehen. Allerdings addieren sich mit jeder zusätzlichen Kamera Störgrößen, die der Anwender beherrschen muss. Dieses Mal für den Kontrollprozess selbst: Die Belichtungszeit der Kamera, die Intensität der Beleuchtung, die Fokussierung der Optiken und zulässige Schwankungen innerhalb einer Produktcharge gehören zu den wichtigsten Faktoren. Schließlich will der Anwender nicht nur alle Schlechtteile identifizieren, sondern auch keine Gutteile als sogenannten Pseudoausschuss ausschleusen.

Weniger Kameras beziehungsweise der Verzicht auf ein komplexes Teilehandling hat daher nicht nur aus kostentechnischer Sicht große Vorteile. Nach dem Motto „Einfach funktioniert besser“ legt der Hersteller ein Augenmerk auf den Gebrauch in einer rauen Industrieumgebung. So verzichtet das Unternehmen zum Beispiel auf eine einstellbare Iris in den telezentrischen Messobjektiven, um dies von vornherein als Störfaktor zu eliminieren. Stattdessen liefert der Hersteller kostenlos unterschiedliche Blendenzahlen für die Standartobjek­tive.

Unter dem gleichen Motto rief das Unternehmen die 360°-Objektivfamilie ins Leben. Wie der Name schon sagt, ermöglichen diese Optiken die sogenannte Rundumansicht von Objekten mit nur einer Kamera. Das ermöglichen entweder Spiegelsysteme oder Objektive mit einem speziellen Strahlengang. Diese Systeme eignen sich beispielsweise für den Einsatz in einer Produktionslinie für PET-Getränke­flaschen. Mithilfe der katadioptischen Linse PCCD012 prüft das Kamerasystem das Gewinde von PET-Flaschenrohlingen. Mit nur einer Aufnahme erfasst die Kamera alle relevanten Merkmale des Gewindes. Zu den klassischen Fehlern gehören hierbei unrunde Öffnungen, Fehler an Gewindegängen, Verunreinigungen durch Material­reste und die Gratbildung an Trennstellen.

Neben dem offensicht­lichen Vorteil, dass dieses System mit einer Kamera mehrere Seitenansichten ersetzt, spielt hier die Drehlage der Prüfteile keine Rolle. Die Bildverarbeitungssoftware ist in der Lage, auf Basis des 360°-Bildes die Dreh­lage des Objektes zu bestimmen und die Prüffenster für die einzelnen Merkmale nachzuführen. Im Gegensatz dazu, müsste die Software bei einer Vier-Seitenansicht die Einzelbilder aufwendig zusammenfügen, was besonders in den überlappenden Bereichen kompliziert ist und viel Rechenzeit beansprucht. Verschiebt sich zum Beispiel die Position einer Kamera, verstellt sich ein Objektiv oder eine Beleuchtung, erfordert dies ein aufwendiges Re-Kalibrieren, um wieder alle vier Ansichten in eine möglichst ähnliche Darstellung zu bringen. Die für einen stabilen Prozess so ungeliebten Einflussfaktoren reduziert eine 360°-Optik also um den Faktor vier.

360°-Innensicht

Statt alle Außenseiten eines Bauteils mit einer Aufnahme zu kontrollieren, erfordern manche Anwendungen einen genauen Blick ins Innere: Die PCHI023-Pinhole-Optik kommt in einer Produktionslinie für Creme-Tuben zum Einsatz und kontrolliert die Tubenrohlinge vor dem Befüllen auf Rückstände und das Vorhandensein einer Dichtung. Die Besonderheit dieser Optik liegt darin, dass sie dem Anwender ermöglicht, die Innenfläche eines zylindrischen Objektes innerhalb eines großen Tiefenschärfenbereichs zu erfassen. Zusätzlich bildet die Optik den Boden des Objektes scharf ab. Eine konventionelle Optik müsste die Innenfläche in mehreren Ebenen erfassen, was entweder ein motorisches Zoomen erfordert oder ein mechanisches Justieren der Probe beziehungsweise der Kamera.

Durchlicht- und Auflichtabbildungen in einem

Anders als bei den zuvor genannten Optiken verwendet das TCCAGE-Spiegel­system eine Kombination von Spiegeln, Strahlteilern und Beleuchtungen, um eine Rundumansicht zu erreichen. Die Besonderheit ist hier, dass das System neben zwei um 90° versetzte telezentrische Durchlichtabbildungen vier Auflichtabbildungen des Prüfteils liefert. Die Durchlichtabbildungen eignen sich durch die Objektkantenerfassung für genaue Konturvermessungen, während die Auflichtabbildungen eine Rundum­prüfung der Objektoberfläche ermöglichen. Das System ist für lange und schmale Objekte ausgelegt und kommt in der Praxis für das Prüfen von Schraubengewinden, Spritzen, Ampullen oder Nadeln zum Einsatz. Außerdem bewertet das System auf Wunsch die Gradheit von Prüfteilen. Wegen der Rundumansicht ist dazu ein Rotieren des Prüfteils nicht nötig. Auf diese Weise lässt sich zum Beispiel die korrekte Position einer Schutzkappe für Spritzen nach der Montage prüfen und das Bauteil gleichzeitig auf Verunreinigungen hin überprüfen.

Über den Autor

Jan Nieswandt

ist Mitarbeiter des Technischen Vertriebs für West- und Nord-Deutschland von Opto Engineering Deutschland in Dortmund.

jan.nieswandt@opto-engineering.com