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Fertigungsüberwachung mittels Bildverarbeitung der Firma Webasto

 

Unsere Firma “automation & software Günther Tausch GmbH” wurde beauftragt, die komplizierte Montageüberwachung des Webasto Luftheizgerätes AT 2000 zu realisieren. Dieses Luftheizgerät wird von WEBASTO als eine renomierte Kfz-Zulieferfirma für die Automobilindustrie hergestellt. Wie allgemein bekannt, werden in der Automobilindustrie hohe Anforderungen an die Einhaltung vorgegebener Maß- und Qualitätsstandards von Einzelteilen und Komponenten gestellt. Diesen Forderungen stehen die Automobilhersteller selbst, aber auch alle Zulieferfirmen gegenüber. Dadurch wird deutlich, wie verheerend die Folgen von Fehlern bei der Herstellung des Luftheizgerätes AT 2000 sein können.

Problemstellung
Um Herstellungsfehler zu verhindern, ist eine umfassende Überwachung notwendig. Doch da stellt sich auch schon das Problem: die Endmontage der komplexen Heizgeräte erfolgt manuell. Eine Automatisierung ist hier nur sehr schwer möglich. Damit stand unser Unternehmen vor der Frage, wie ein fehlerfreier Produktionsablauf garantiert und kontrolliert werden kann. Um eine 100%ige Prüfung zu gewährleisten, war uns klar, daß eine umfangreiche Endkontrolle nicht genügt, sondern auch während der Montage eine Kontrolle erfolgen muß.
Die Anwesenheit einzelner Bauteile, deren richtige Auswahl und Montage ist funktions- und sicherheitsrelevant und kann nur im Prozeß überprüft werden. Besonders problematisch ist diese Kontrolle im Inneren des Gerätes. Eine derartige Überprüfung könnte über Sensoren erfolgen. Allerdings wäre dies nur über eine große Anzahl von Sensoren sowie eine Vielzahl von Arbeitsschritten möglich. Da außerdem auch noch die Prüfplätze in eine bestehende Montagelinie integriert werden mußten, scheidete die Variante einer Kontrolle über Sensoren
aus. Letztendlich entschieden wir uns für eine Kontrolle über ein Bildverarbeitungssystem.

Bildverarbeitung übernimmt Kontrolle
Die Kontrolle von Objekten über Bilder hat grundlegende Vorteile gegenüber anderen Techniken: die Messungen erfolgen berührungslos ohne den Einsatz mechanischer Hilfsmittel wie Taster. Außerdem gewinnt man eine bildliche Darstellung, aus der gleichzeitig eine ganze Reihe von Informationen gewonnen werden können. Bei der Bildverarbeitung entschieden wir uns für den Einsatz des Kompaktbildverarbeitungssystems M100 von Matsushita. Dieses Gerät, ausgestattet mit einem leistungsfähigen Risc-Prozessor, eignet sich ideal für die Integration in eine Prozeßsteuerungsanlage. Dabei weist das Gerät mit seinen verschiedenen Programmodulen einen hohe Flexibilität auf. Für die vorliegende Problemstellung wurde das Programmpaket “Anwesenheitskontrolle” eingesetzt.

Die Prüfplätze
Die Endmontage der AT2000 Heizgeräte erfolgt auf drei Linien mit je zwei Arbeitsplätzen. Die Inspektionsplätze der Bildverarbeitung waren in diese bestehenden Montagelinien zu integrieren. Dabei sind am Prüfplatz 1 zwei Prüfungen, am Prüfplatz 2 eine Prüfung durchzuführen. In einer Voruntersuchung wurde zunächst die technische Machbarkeit überprüft. Dabei zeigte sich, daß die unterschiedlichen Prüfaufgaben mittels Projektumschaltung und Einsatz einer Videoswitch zum Anschluß von zwei Kameras für die beiden Prüfplätze mit nur einem M100 als zentrale Auswerteinheit gelöst werden könne. Für die drei Prüfungen wurde im Programmodul des M100 je ein Prüfprogramm eingerichtet. Die Umschaltung des Auswerteprogramms auf die aktuelle Prüfaufgabe erfolgt durch die Zusammenarbeit mit einer SPS-Steuerung. Eine Simatic S7200 mit entsprechender Textanzeige steuert Prüfablauf und die Bedienerkommunikation. Das Bildverarbeitungssystem wurde in einen Schaltschrank integriert. Die Kommunikation mit der Steuerung erfolgt über die parallele Schnittstelle. Am Arbeitsplatz 1 wurde die Kamera und eine LED-Ringleuchte von Matsushita in einem Gehäuse zur Fremdlichtabschirmung untergebracht. Die Halterung, in der die Montage des Heizgerätes erfolgt, befindet sich auf einem Schlitten. Dieser wird zur 1. Prüfung des Heizgerätes manuell in das Kameragehäuse geschoben, worauf die Prüfung automatisch gestartet wird. Kontrolliert wird nun die Anwesenheit von Brennrohr und Dichtung der Befestigungsschrauben und des Luftleitbleches sowie der Einbau des richtigen Brennertypes. Diese 8 Einzelteile werden im aufgenommenen Bild mittels entsprechender Prüffenster des M100 ausgewertet.

Das Ergebnis der Prüfung wird als Gut/Schlecht-Signal an die Steuerung übergeben. Fehlerhafte Teile werden mit Meldungen am Bedienmaterial begleitet. Die weitere Montage des Heizgerätes erfolgt nun am zweiten Arbeitsplatz. Die dort installierte Kamera erfaßt den Montageplatz direkt von schräg oben. Hier sorgt ein 50 W Halogenstrahler für die nötige Ausleuchtung des Objekts, so daß der Einfluß des Fremdlichtes keine Rolle mehr spielt. Vor der bildverarbeitenden Kontrolle erfolgt eine elektrische Durchgangsprüfung eines Bauteils. Die erfolgreiche Durchgangsprüfung ist gleichzeitig das Startsignal für die Ausführung der 3. optischen Prüfung. Ausgewertet werden nun 3 Bauteile sowie eine Farbmarkierung. Die Anwesenheit dieser Markierung signalisiert das Bestehen einer zuvor durchgeführten Dichtprüfung. Nur wenn alle Auswertungen Gut-Ergebnisse liefern, wird vom M110 ein Gut-Signal an die Steuerung übergeben. Auch hier werden die zur weiteren Montage nötigen Werkzeuge nur bei einer Gut-Prüfung freigegeben. Die Anzeige von Fehlermeldungen erfolgt an dieser Stelle über Signallampen.

Mit der Integration einer bildverarbeitenden Kontrolle ist es gelungen, den Prüfablauf der WEBASTO-Luftheizgeräte wesentlich zu effektivieren. Mit dem M100 werden 17 Teile in wenigen Sekunden kontrolliert. Der ursprüngliche Montageablauf wird nicht merklich verändert. Es wird sichergestellt, daß nur fehlerfreie Teile die Produktion verlassen.