Qualitätskontrolle Bildverarbeitung in der Schleifscheibenkontrolle

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Bei der Prüfung von Schleifscheiben für die Zahnradbearbeitung vertraut die Reishauer AG auf Automatisierungstechnik der Kaiser engineering GmbH. Die Bildverarbeitung als grundlegendes Element dieser Anlage stammt von der Fabrimex Systems AG.

Bei der Herstellung von Zahnrädern ist höchste Präzision gefragt, um die spätere Funktionsfähigkeit im Einsatz zu gewährleisten. Einen wesentlichen Schritt auf dem Weg zum perfekten Zahnrad stellt dabei das Schleifen der Oberflächen dar. In den Wälzschleifmaschinen des Schweizer Herstellers Reishauer AG sorgen hochgenaue Schleifscheiben für die benötigte Oberflächenqualität – sofern die richtige Schleifscheibe in fehlerfreier Ausführung für den jeweiligen Arbeitsschritt genutzt wird. Ist dies nicht der Fall, so sind die mit einer falschen Schleifscheibe bearbeiteten Zahnräder im Extremfall komplett unbrauchbar. Oder noch schlimmer: Die Schleifscheibe zerspringt während der Bearbeitung und beschädigt die Anlage. In Bezug auf die Wirtschaftlichkeit der Produktion wäre dies das negativste Szenario.

Um von vorneherein sicherzustellen, dass ausschliesslich korrekte Schleifscheiben für die Bearbeitung von Zahnrädern zum Einsatz kommen, prüft Reishauer diese vor ihrem Einsatz in einer Prüfanlage mit höherer Drehzahl als die Schleifscheibe im Einsatz erfährt. Hat eine Schleifschiebe einen Riss oder eine Schwachstelle, so zerspringt sie während dieser auch ‘Proof Testing’ genannten Prozedur. Zur Dokumentation werden die Artikelnummern der Schleifscheiben vor dem Test eingelesen, in einer Datenbank hinterlegt und anschließend um die Prüfergebnisse ergänzt.

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«Lange Zeit haben unsere Mitarbeiter die dafür notwendigen Arbeitsschritte manuell durchgeführt, was eine langweilige und monotone Tätigkeit darstellt», erläutert Reishauer-Projektleiter Sandro Bigler. «Es gibt zahlreiche Varianten solcher Schleifscheiben, die sich unter anderem in Bezug auf die verwendeten Schleifkörner, die Bindung, die Porosität und die Abmessung unterscheiden. Jede dieser Eigenschaften dient einem bestimmten Zweck. So muss das Schleifkorn den gehärteten Stahl des Werkstücks auf Mass schleifen, eine vorgegebene Oberflächenstruktur erzeugen und dabei sicherstellen, dass kein Schleifbrand entstehen kann. Die Aufgabe der Bindung ist es, die Schleifkörner im Verbund zusammenzuhalten und die Sicherheit des Schleifprozesses selbst bei hohen Einsatzgeschwindigkeiten zu gewährleisten. Als weiteres entscheidendes Merkmal verleihen die Poren dem Schleifkörper eine offene Struktur, die zum einen das Schleiföl in die Schleifzone befördert und gleichzeitig für den Abtransport der vom Prozess erzeugten Spanmenge und Abwärme aus der Kontaktzone sorgt.» Es muss also unbedingt die korrekte Schleifscheibe für den jeweiligen Bearbeitungsschritt verwendet werden, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.

Prüfprozess komplett automatisiert

Eine Unterscheidung der verschiedenen Schleifscheibentypen ist allein anhand ihres Aussehens nahezu unmöglich, daher sind die Varianten mit eingravierten oder gelaserten Texten gekennzeichnet. Doch auch das Lesen dieser Beschriftungen mit blossem Auge ist zum Teil schwierig, da bei den gravierten Texten kein Kontrast zur Scheibe vorhanden ist. Die Schleifscheiben mussten zudem händisch von einer Palette entnommen werden. Die Artikelnummern der Scheiben wurden manuell ins System eingegeben, damit die Ergebnisse der folgenden Prüfung hinterlegt sind. Die Schleifscheiben, welche bis zu 30 kg schwer sein können, mussten von Hand an die bestehende Prüfzelle übergeben und nach dem Test wieder entnommen und palettiert werden. Deshalb suchte Reishauer nach einer zuverlässigen Lösung, um die Mitarbeiter beim Handling der Scheiben zu entlasten.

Das Unternehmen wandte sich dazu an Kaiser engineering, einem anerkannten Spezialisten für Dienstleistungen im Sondermaschinenbau. «Reishauer war für uns ein Neukunde und wir fanden die Aufgabenstellung sehr interessant», erinnert sich Michael Karth von Kaiser engineering, welche die Anlage in enger Zusammenarbeit mit Sandro Bigler konzipiert und realisiert hat. «Um den Prüfprozess komplett zu automatisieren, mussten wir verschiedene Teilbereiche betrachten und geeignete Lösungen für das Depalettieren der Schleifscheiben, die Identifikation der Schleifscheiben, das Einlegen in die bestehende Prüfanlage, die Entnahme aus der Prüfanlage und das Palettieren der geprüften Schleifscheiben finden. Dazu gehörte auch die Integration der Schnittstellen aller beteiligten Systeme.»

Ein wesentliches Element der Prüfanlage stellt das integrierte Bildverarbeitungssystem dar, mit dessen Hilfe die Kennzeichnungen auf den Schleifscheiben gelesen werden. Bei dieser Aufgabe vertraute Michael Karth der Fabrimex Systems, mit der Kaiser engineering schon seit mehr als einem Jahrzehnt zusammenarbeitet und bereits zahlreiche Bildverarbeitungsprojekte erfolgreich abgewickelt hat. «Wenn es um die Realisierung von komplexen Vision-Systemen geht, vertrauen wir schon seit Jahren auf die langjährigen Erfahrungen der Fabrimex-Experten», unterstreicht Michael Karth. «Insbesondere die kompetente Beratung bei diversen Projekten sowie der schnelle, zuverlässige Support bei spontan auftretenden Fragen haben uns in der Vergangenheit schon oft beeindruckt und uns gezeigt, dass wir mit Fabrimex Systems den richtigen Technologiepartner für die Bildverarbeitung gefunden haben.»

Partner für die Bildverarbeitung

Nach einer intensiven Analyse der Anforderungen durch Kaiser engineering stand die Empfehlung von Fabrimex Systems für die optimale Bildverarbeitungstechnologie schnell fest: ‘Shape from Shading’ nennt sich die Methode, bei der Bilder der Prüfobjekte unter Einsatz mehrerer Beleuchtungsrichtungen aufgenommen werden. Jede Beleuchtungsrichtung ergibt ein anderes Bild, da die vom Objekt zurückgeworfenen Lichtreflexionen unterschiedlich sind. Durch die Kombination der unterschiedlichen Bilder lassen sich auch schwierig auswertende Merkmale wie die Zeichen auf den Schleifscheiben sicher erkennen.

Als dafür geeignete Bildverarbeitungskomponenten wählte Fabrimex eine LED-Beleuchtung von Effilux und eine Industriekamera der EXO-Serie von SVS-Vistek mit 5 MegaPixel Auflösung. Die nachfolgende Bildauswertung der damit aufgenommenen Bilder übernimmt die Bildverarbeitungs-Software Design Assistant von Matrox. «Wir haben diese Komponenten bereits in vielen Systemen für unterschiedlichste Aufgabenstellungen verwendet und sind von ihrer Zuverlässigkeit und Qualität absolut überzeugt», betont Thomas Graf, Head of Machine Vision Business bei Fabrimex Systems. «Der Funktionsumfang der gewählten Bildverarbeitungs-Software deckt mit seinen leistungsfähigen Algorithmen und seiner umfangreichen Ausstattung in der Regel alles ab, was wir in derartigen Projekten benötigen.»

Auch für das Reishauer-System zur Identifikation der unterschiedlichen Schleifscheiben lagen die Experten von Fabrimex mit dieser Komponentenauswahl richtig: «Schon nach wenigen Monaten Planungsvorlauf war die gesamte Anlage betriebsbereit und wir sind mit den Ergebnissen sehr zufrieden», freut sich Sandro Bigler. «Die Zahlencodes auf den Schleifscheiben werden zuverlässig gelesen, was einen fehlerfreien Betrieb der Anlage ermöglicht. Darüber hinaus freuen sich unsere Mitarbeiter, dass der monotone Teil ihrer Arbeit durch das neue System entfällt. Aus unserer Sicht hat Kaiser engineering mit Fabrimex Systems daher ein sehr erfolgreiches Projekt für uns realisiert.»

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