Automatische Oberflächen-Prüfung von Kunststoffteilen
Ausgangslage / Aufgabenstellung
Die Herausforderung des Forschungs- und Entwicklungsauftrages eines Automobilherstellers an die FH Rosenheim bestand in der Komplexität und Vielfalt der optisch zu prüfenden Faktoren in der Oberflächenprüfung von lackierten und unlackierten Kunststoffteilen, die vollautomatisiert umgesetzt werden sollte. So war gefordert, das eine Kamera an einem Referenzbauteil Schlieren, Einfallstellen, Kratzer, Glanzunterschiede, Deformationen beim Entformen, Ausprägung der Bindenaht, Brenner, Überspritzungen etc. mit der Qualität einer manuellen optischen Qualitätskontrolle erkennen soll. Zusätzlich war die Fehlerspeicherung, eine statistische Auswertung sowie die Anbindung an ein QS-System / BDE-System gefordert.

Darüber hinaus stellte der Auftraggeber hohe Anforderungen an das System selbst. Bereits im Rahmen des Forschungsauftrages galt es, die Kriterien des Produktionseinsatzes in der Industrieserienfertigung zu erfüllen. Dies erweiterte die Aufgabenstellung um Faktoren wie die Robustheit und Serientauglichkeit bezüglich Hard- und Software, die Fähigkeit des Systems mehrere bzw. unterschiedliche Bauteile zu handeln, Bedienerfreundlichkeit für den Einrichter, geringer Programmieraufwand bei der Umrüstung und die Kompatibilität zu Peripheriegeräten.

Um den optimalen Ausstoß der Maschine zu gewährleisten, musste die Kontrolle des Bauteils komplett in den Nebenzeiten der Spritzgießmaschine realisiert werden.

Als Annäherung an dieses Projekt wurde für die Fakuma 2002 eine artverwandte Applikation abgeleitet, die den Qualitätssicherungsprozess für die Oberflächenkontrolle visualisiert und an einem praktischen Beispiel demonstriert.
Realisation / Lösung
Automatische Oberflächen-Prüfung von Kunststoffteilen
Automatische Oberflächen-Prüfung von Kunststoffteilen
In der Demonstrationsanlage auf der Fakuma 2002 entnimmt im ersten Schritt ein Knickarmroboter das Spritzgießteil mit einem Vakuumgreifer aus der Maschine. Danach positioniert der Roboter das Teil auf einer Ablage und greift es neu auf, um es so vor dem Visionsystem zu positionieren, dass alle relevanten Flächen von der CCD-Kamera erfasst werden können.

Danach dreht der Roboter das Teil in der sechsten Achse so, dass alle Flächen vom Bildverarbeitungssystem geprüft werden können. Das Bildverarbeitungssystem kann dabei Farbunterschiede, bzw. Farbinhomogenität erkennen und anhand von vordefinierten Schwellen im Messfenster feststellen, ob das Teil die Qualitätsprüfung bestanden hat. Die Ergebnisse der Oberflächenprüfung werden parallel dazu an einem Monitor außerhalb der Zelle ausgegeben.

Neben der reinen Oberflächenbetrachtung kann das Bildverarbeitungssystem auch eine Vollständigkeitsprüfung durchführen. Im Rahmen dieses Tests überprüft das System erwartete Zustände an vordefinierten Messpunkten, wie zum Beispiel an Konturen oder Durchbrüchen. Weicht das Teil an diesen Punkten von den Toleranzwerten der Kontrastmessung ab, so wird es als fehlerhaft erkannt und aussortiert.

Das Zusammenspiel der Steuerungen zwischen Roboter und Messsystem erfolgt dabei über Handshake. Der Roboter führt das Teil in die erste Messposition und wartet auf das "IO"-Signal des Messsystems. Nach bestandener Teilprüfung positioniert der Roboter das Teil auf Position zwei, usw.. Bei nichtbestandener Prüfung bricht der Roboter den Prozess ab und sortiert das Teil automatisch aus.
Systemkomponenten / Auftragsumfang
Im Auftragsumfang waren alle Bestandteile der Anlage beinhaltet. Auswahl der Bilderfassungssysteme, Licht, Programmierung der Messverfahren und der Robotersteuerung inklusive Handshake zwischen Maschine, Knickarmroboter und Messsystem.
Ergebnis/Erfolg
Auf der Basis der positiven Resultate der Demonstrationsanlage wurde die Technologie erfolgreich in die Serienfertigung eines Automobilherstellers integriert. Die dort eingesetzte Anlage erfüllt über die Fähigkeiten der Demonstrationsanlage hinaus alle geforderten Qualitätsprüfungsverfahren. Die Forderung der Industrie nach einer umfassenden automatischen optischen Kontrolle von lackierten, wie unlackierten Kunststoffbauteilen zur Minimierung der Fehlerquote wurde praxisgerecht im Rahmen der Hochschularbeit realisiert.

Dieses Beispiel zeigt die Prozessfähigkeit von neuen innovativen Technologien, die zur "0-Fehler Produktion" beitragen. Daneben ist es ein Beleg für die Zweckmäßigkeit der immer engeren Zusammenarbeit zwischen Maschinenherstellern, Automatisierungsfirmen, Endkunden und F&E Institutionen.
Nummer des Berichtes
R 017
Branche
Automobilhersteller
Gummi, Kunststoff
Forschung, Ausbildung
Anwendung
Handling & be,-entladen
Messen, Testen und Prüfen
Sonstige Handhabungsoperationen
Produkt
Roboter
Konsolroboter
Steuerung
KR C (Robot Controller)
Kunde
Fachhochschule Rosenheim, Deutschland

URL:
http://www.kuka-robotics.com/germany/de/solutions/solutions_search/L_R017_Automatic_surface_inspection_of_painted_plastic_parts.htm 		© KUKA Roboter GmbH
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