Seite 2: FiberVision Bildverarbeitungssystem für Lochpositionierung

Transkript

1 Die Öffnungen von Spinndüsen werden noch heute vielfach von Hand positioniert. Mit dem intelligenten Kamerasystem Caminax wird diese Aufgabe einfach und zuverlässig automatisch gelöst. Es schneidet auch im Vergleich mit PC-basierten Vision-Systemen besser ab, da es kompakter, bedienund wartungsfreundlicher und sparsamer im Energieverbrauch ist, dabei kommen auf Anwender absolut keine Einschnitte in der Leistungsfähigkeit zu. Die Oerlikon Enka Tecnica GmbH fertigt an ihrem Standort Übach-Palenberg bei Aachen Spinndüsen zur Herstellung von Textilfasern und entwickelt ständig neue Profile und Materialkonzepte, um Fasereigenschaften zu verbessern und neue aufzuzeigen. An die Öffnungen der Düsen mit typischen Durchmessern zwischen 60 µm und 500 µm werden hohe Qualitätsanforderungen gestellt. Ein einzelnes Produkt kann mehr als Einzeldüsen enthalten. Die zulässigen Toleranzen liegen unter 10 µm und auch die Geometrie des Lochquerschnitts ist genau vorgegeben. Die Öffnungen werden in einem mehrstufigen Prozess hergestellt. Um die Standzeit der Werkzeuge zu maximieren und gleichzeitig die hohe Qualität der Düsen sicherzustellen, muss das Produkt exakt positioniert werden. Diese Aufgabe wird teilweise noch manuell unter dem Mikroskop ausgeführt, was zeitaufwändig ist und hohe Aufmerksamkeit erfordert. Dabei lassen sich Fehler nicht völlig vermeiden. Oerlikon hat sich deshalb für eine Bildverarbeitungslösung zur automatischen Positionierung entschieden, die schnell, industriesicher und flexibel im Einsatz ist: Exakte Messungen können mit einiger Entfernung vom Werkstück ausgeführt werden. Das erste von Oerlikon eingesetzte automatische Positioniersystem kombiniert eine CNC- Positioniereinheit mit einem PC zur Bildverarbeitung. Das Werkzeug wird zum Erlernen der Aufgabe zuerst an ein Loch geführt, das als Nominalposition gilt, und dann an alle weiteren Löcher eines Produkts. Das Vision-System bestimmt die Abweichung der Koordinaten jedes einzelnen Punkts von der Nominalposition und speichert die entsprechenden Korrekturwerte. Die CNC-Steuerung fährt dann anhand der Daten mehrere tausend Löcher blind an. Das Funktionieren erfordert eine extrem präzise CNC-Positioniereinheit, die die Koordinaten der Löcher exakt reproduzieren kann, auch wenn dazwischen mehrere tausend andere Positionen angefahren wurden.

2 Seite 2: FiberVision Bildverarbeitungssystem für Die bestehende Lösung war komplex und empfindlich: Mit jedem neuen Produkttypen musste der Datenaustausch zwischen dem Vision-PC und der CNC-Steuerung neu konfiguriert werden. Deshalb konzipierte Oerlikon-Ingenieur D. Richartz eine einfache, robuste und präzise Positionierlösung: Nicht das Werkzeug, sondern das Werkstück wird bewegt. Dadurch werden die Maschinen weniger belastet und ihre Standzeit erhöht sich. Jede einzelne Öffnung wird unmittelbar vor der Weiterverarbeitung optisch relativ zum Werkzeug feinjustiert. Dafür gibt das Vision-System die digitalen Signale weiter nach rechts oder weiter nach links und zeitgleich weiter nach oben oder weiter nach unten, bis das Loch im Kamerabild an der Sollposition angekommen ist. Die Positionierung auf beiden Achsen kann mit einfachen Motoren erfolgen. Die einzige Anforderung an die Motoren ist, dass sie mit einem passenden Getriebe kleinste Wege verfahren können. In Millimetern kalibrierte Einzelschritte mit konstanter Schrittweite und eine hohe Reproduzierbarkeit der Verfahrwege sind nicht erforderlich. Das Konzept erspart die Kalibrierung der Kamera: Die Sollposition wird ermittelt, indem einmalig ein manuell optimal justiertes Loch vermessen wird und dessen Koordinaten als Sollvorgabe gespeichert werden. Im Sinne der Vereinfachung der Anlage bot sich eine schlanke Bildverarbeitungslösung an. Die Fiber- Vision GmbH aus dem nahegelegenen Würselen empfahl das Bildverarbeitungssystem Caminax, das auf einer Smart Kamera von Vision Components basiert und die spezifische Aufgabe optimal ohne einen zusätzlichen Rechner erfüllt. Im Kameragehäuse sind der Bildauswerterechner und die Bedienund Prozessschnittstellen integriert. Mit der einfachen und intuitiven Bedienung über ein Keypad und der übersichtlichen Bild- und Ergebnisdarstellung auf einem Standard-VGA-Monitor passt dieses Vision-System perfekt in das Konzept der neuen Anlage, denn zur Konfiguration des Vision-Systems ist kein Service-Laptop erforderlich. Das System ist durch den Verzicht auf Lüfter und Festplatten besonders wartungsarm und zuverlässig. Mithilfe der intelligenten Kamera kann die Anlage sehr kompakt gehalten werden. Allerdings stellt das Konzept auch einige Herausforderungen an die Bildverarbeitung. So befindet sich das Werkzeug immer über der zu vermessenden Düsenöffnung, so dass das Vision-System nur in geneigtem Winkel und mit einem großem Arbeitsabstand von 110 mm zum Messobjekt angebracht werden kann. Durch den Einsatz eines speziellen telezentrischen Messobjektivs bewältigt Caminax die Messaufgabe und erreicht eine Auflösung von 2 µm. Damit sich das System zudem effektiv in die Regelschleife für die Positionierung integriert, stellt es die Daten in Echtzeit bereit. Richartz ist stolz auf sein Werk: Die neue Anlage kommt ohne einen Schaltschrank für das Vision- System und ohne einen Schaltschrank für die CNC-Steuerung aus. Die Verfügbarkeit der Anlage ist

3 Seite 3: FiberVision Bildverarbeitungssystem für sehr hoch, denn unsere Elektriker können mit einem Multimeter herausfinden, was in der Anlage los ist, und sie gegebenenfalls schnell reparieren. Bei einem Bussystem oder mit Ethernet Kommunikation wäre immer ein speziell geschulter Techniker mit Erfahrung in der SPS-Programmierung nötig, um einzugreifen. Die neue Anlage bearbeitet eine Düsenöffnung in weniger als zwei Sekunden. Durch den intelligenten, aber einfachen Aufbau hat sie sich schnell amortisiert. Dazu tragen auch die geringen Betriebs- und Wartungskosten des Systems bei. Alle Inbetriebnahme-, Justage- und Servicearbeiten können von eigenem Personal durchgeführt werden. Da sowohl das Vision-System als auch die Motorsteuerung ohne aktive Lüfter arbeiten, müssen keine Wartungsintervalle zum Filtermattentausch eingeplant werden. Durch den Verzicht auf gekühlte Schaltschränke werden nicht nur die Investitionskosten beim Kauf der Anlage gesenkt, auch die Betriebskosten sinken beachtlich verglichen mit dem bestehenden PC-System. Die vorgestellte Bildverarbeitung durch eine intelligente Kamera ist ein praktisches Beispiel dafür, wie sich komplexe Fertigungseinrichtungen durch wesentlich einfachere Systeme ersetzen lassen. Voraussetzung für die gleichzeitige Performance- und Kostenoptimierung ist eine sorgfältige Analyse der tatsächlichen technischen Anforderungen und die Erarbeitung von Konzepten zur effizienten Umsetzung dieser Anforderungen. Caminax ist aufgrund der Leistungsfähigkeit und des einfachen Bedienkonzepts als Vision-System für kompakte und wartungsarme Systemlösungen besonders geeignet.

4 Seite 4: FiberVision Bildverarbeitungssystem für

5 Seite 5: FiberVision Bildverarbeitungssystem für

6 Seite 6: FiberVision Bildverarbeitungssystem für Smart Kameras von Vision Components agieren als eigenständige Bildverarbeitungssysteme. Die echtzeit- und netzwerkfähigen Geräte integrieren einen CCD-Sensor, einen schnellen, leistungsstarken Prozessor (z.b. einen TMS320C64x-DSP von Texas Instruments bei der VC-Optimum-Baureihe, mit einer Rechenleistung von 1 GHz MIPS das schnellste auf dem Markt verfügbare Modell), einen Framegrabber sowie Bildspeicher und alle erforderlichen Schnittstellen. Smart Kameras sind ca. 50-mal kompakter und zehnmal preiswerter als herkömmliche PC-basierte Bildverarbeitungsstationen. Da sie zudem ohne Festplatten und Lüfter auskommen, benötigen sie keinen Schaltschrank und sind weniger störanfällig. Das VC-Produktprogramm umfasst neben den klassischen Smart Kameras auch höchst kompakte Sensorkameras im IP65/67-Gehäuse, die komplett mit Optik und LED- Beleuchtung geliefert werden, sowie speziell für OEM-Anwendungen geeignete intelligente Platinenkameras ohne Gehäuse. VC-Kameras nutzen das Linux-ähnliche Echtzeitbetriebssystem VCRT. Das Dateisystem ist stromausfallgesichert zum Herunterfahren wird einfach der Strom ausgeschaltet. Über die integrierte Shell lassen sich alle Kamerafunktionen bedienen; es können aber auch Dateioperationen durchgeführt, Programme gestartet oder TCP/IP-Statistiken abgerufen werden. Mittels der Programmiersprachen C und C++ lassen sich die Smart Kameras frei programmieren und an anwendungsspezifische Anforderungen anpassen.

7 Seite 7: FiberVision Bildverarbeitungssystem für Die FiberVision GmbH wurde 1995 als Spin-Off der RWTH Aachen gegründet. Erste Produkte waren faseroptische Sensoren und Bildverarbeitungssysteme für die Farbmessung. Heute entwickelt und baut FiberVision mit einem interdisziplinären Team aus Ingenieur- und Naturwissenschaftlern optische Systeme zum Messen, Positionieren und Prüfen für den Einsatz in der industriellen Produktion. Im Vordergrund steht bei allen Produkten und Projekten der Anspruch, den Anwendern komplexe Technologien durch einfach zu bedienende Benutzeroberflächen zugänglich zu machen. Produkte des Unternehmens sind unter anderem: Caminax: Eine intelligente Kamera, die ein komplettes Bildverarbeitungssystem in einem kompakten Gehäuse integriert. LED-Check: Ein Bildverarbeitungssystem zur Farbprüfung von Leuchtdioden. 3D-Check: Ein System zur Inspektion des Kleberauftrags in der Automobilindustrie. FiberVision GmbH Jens-Otto-Krag-Straße Würselen Tel.: / Fax: / info@fibervision.de Internet:

8 Seite 8: FiberVision Bildverarbeitungssystem für Die Vision Components GmbH wurde 1996 von Michael Engel, dem Erfinder der ersten industrietauglichen intelligenten Kamera, gegründet und gehört zu den führenden Anbietern in der industriellen Bildverarbeitung. Das Ettlinger Unternehmen unterhält Vertriebsstandorte in mehr als 25 Ländern weltweit. Vision Components entwickelt und vertreibt intelligente echtzeitund netzwerkfähige Kameras, die ohne zusätzlichen PC auskommen und sich als Embedded Solutions flexibel in Anlagen aller Art integrieren lassen. Kunden können zwischen Modellen mit ARM-Prozessoren und VC-Linux-Firmware sowie DSP-basierten Modellen mit dem firmeneigenen Betriebssystem VCRT wählen. Das Produktspektrum umfasst Smart Kameras mit oder ohne Schutzgehäuse, Platinenkameras und Vision-Sensoren auf Wunsch werden auch maßgeschneiderte Bildverarbeitungslösungen für verschiedenste Anforderungen entwickelt. Typische Einsatzgebiete sind u.a. Qualitätssicherung und Fertigungskontrolle. Zusätzlich bietet das Unternehmen für viele Anwendungen, wie z.b. Nummernschilderkennung, Bewegungsverfolgung, Codeerkennung sowie Mess- und Positionieraufgaben Software-Bibliotheken als Freeware an. Vision Components GmbH Miriam Schreiber Ottostraße Ettlingen Tel.: / Fax: / miriam.schreiber@vision-components.com Internet: