Steinbeis-Unternehmen sorgt mit seinem Bildverarbeitungssystem für mehr Qualität und geringere Kosten
In nahezu allen Bereichen unseres täglichen Lebens sorgen sie für die richtige Bewegung von mechanischen Teilen: Federn. Sie begegnen uns beispielsweise als Zugfeder in der Schublade oder als Druckfeder im Taster für die Treppenhausbeleuchtung. Allein in einem Auto befinden sich rund 8.000 Federn. Die Qualität und Maßhaltigkeit von Federn während ihrer Produktion sind deshalb von besonderer Bedeutung. Mit ihrem speziellen Bildverarbeitungssystem hat die Steinbeis Qualitätssicherung und Bildverarbeitung GmbH den Herstellungsprozess kostensparender gemacht und die Qualität gesichert.
Ziel in der Federnproduktion ist es, die Federn in Sollqualität herzustellen, Qualität kontinuierlich zu regeln und die Produktqualität ständig zu verbessern. Für die Qualitätssicherung in der Federnproduktion können Qualitätsregelkreise mit Qualitätsregelstrecke, Qualitätsregler, Qualitätsführungsgröße, Qualitätsregelabweichung und Qualitätsregelgröße aufgebaut werden. Qualitätsführungsgrößen sind in der Federnproduktion beispielsweise Sollwert und Toleranzbereich eines Qualitätsmerkmals. Um Online-Qualitätsregelkreise praktisch umzusetzen, sollte die Regelung selbsttätig und adaptiv arbeiten und dabei prozess- beziehungsweise werkstückorientiert sein. Für eine qualitätsgerechte Leistung ist also stets die Kombination von Produkt- und Prozessqualitätsregelkreis notwendig. Mithilfe von Qualitätsregelkarten kann die Qualität in der Federnproduktion geregelt werden. Zur Regelung der Qualitätsmerkmale dienen die Eingriffsgrenzen (OEG, UEG), Warngrenzen (OWG, UWG) und die Mittellinie (M) in einer Qualitätsregelkarte. Liegen die Messwerte der Federn innerhalb der Eingriffs- und Warngrenzen, kann der Prozess in gleicher Weise fortgeführt werden. Liegen sie außerhalb der mithilfe der Verteilungstheorie berechneten Eingriffsgrenzen, wird in den Prozess regelnd automatisch eingegriffen und die Ursache für die Veränderung gesucht. Liegen die Werte außerhalb der Warngrenzen, ist der Prozess mit erhöhter Aufmerksamkeit zu beobachten. Die Güte der Regelung hängt von der Lage der Eingriffsgrenzen der Qualitätsregelkarte ab.
Nachrüstbares Bildverarbeitungssystem erkennt Federtypen
An Federn wird ein sehr hoher Qualitätsanspruch gestellt, unter anderem in Bezug auf die Einhaltung der Geometrie – hier kommt die Steinbeis Qualitätssicherung und Bildverarbeitung GmbH mit ihrer Expertise ins Spiel: Das Steinbeis-Team aus Ilmenau hat das Bildverarbeitungssystem SpringTest zur hundertprozentigen Prüfung der Federgeometrie während der Produktion entwickelt, mit dem moderne Federwindemaschinen ausgerüstet werden können. Um verschiedene Federtypen (zylindrisch, einfach konisch, doppelkonisch) im Bild zu erkennen und automatisch sowie online die geometrischen Qualitätsmerkmale Länge und Durchmesser zu messen, ist das Messglied „Kamera mit Objektiv“ essenziell. „Ergänzt wird das Ganze durch die Messsoftware eines speziellen Bildverarbeitungssystems, die den Vergleich von Sollwert und Toleranz durchführt und eine Regelabweichung an die Maschinensteuerung ausgibt“, erklärt Geschäftsführer Steffen Lübbecke.
Steinbeis-System prüft Qualitätsmerkmale
Das Erstellen eines Prüfplanes muss einfach und sicher erfolgen und gleichzeitig die Stillstandzeiten der Federwindemaschine verkürzen. Wenn der Maschinenbediener eine neue Feder auf der Maschine eingerichtet hat, betätigt er nur noch den Button „Prüfplanung“ zum Start der Federtyperkennung. Dadurch wird ein neuer Prüfplan mit den entsprechenden Parametern geladen und die Maschine ist produktionsbereit. Die Software ermittelt automatisch den Federtyp, die Federlage und setzt die entsprechenden Messpunkte für die zu prüfende Feder. Eine weitere Eigenschaft der Prüfsoftware ist die automatische Nachführung der Messpunkte. Da es sich um einen hochdynamischen Fertigungsprozess handelt, weist jede Feder aufgrund von Schwingungen eine gewisse Lageabweichung gegenüber ihrem produzierten Vorgänger auf. Die Software muss die neue Lage der Feder infolge der Schwingung ermitteln und die Messpunkte entsprechend nachführen. Damit kann jede der bis zu maximal 900 pro Minute produzierten Federn hinsichtlich geometrischer Merkmale wie Länge oder Durchmesser geprüft werden. Die Messwerte werden dazu mit den Regel- und Toleranzgrenzen verglichen. Wird die Feder beispielsweise länger, greift die Software des Bildverarbeitungssystems in den Prozess ein und korrigiert die Federlänge automatisch, sodass die nächste Feder wieder die richtige Länge hat. Mithilfe der gespeicherten Toleranzgrenze können die Federn automatisch sortiert werden. Ein spezielles Softwaremodul der Bildverarbeitung dient der Analyse und Messung von verschiedenen Federgeometrien. Die Software vergleicht die vom Messglied „Kamera“ ausgegebenen Werte für Durchmesser und Länge der Feder mit der Qualitätsführungsgröße – Soll- und Toleranzwerte. Im Fall einer Qualitätsregelabweichung, also wenn der Messwert unterhalb der Toleranzgrenze liegt, wird ein Regelschritt an die Maschinensteuerung gesendet.
Adaption auf andere Prüfaufgaben möglich
„Das beschriebene optische Online-Prüfverfahren in Federwindemaschinen hat sich im praktischen Einsatz vielfach bewährt und ist auch auf andere Bauteile übertragbar. Beispielsweise können damit auch Nägel, Schrauben und andere Drahtbiegeteile optisch geprüft werden“, weiß Geschäftsführer Professor Dr.-Ing. Gerhard Linß. Der große Vorteil: Durch den Einsatz des speziellen Bildverarbeitungssystems können die Kosten für Ausschuss- und Nacharbeit reduziert werden. Darüber hinaus kann das Verfahren mit wenigen Anpassungen auf viele getaktete und kontinuierlich produzierte Bauteile übertragen werden, was dem Steinbeis-Unternehmen aus Ilmenau vielseitige Weiterentwicklungsmöglichkeiten bietet.
Kontakt
Steffen Lübbecke (Autor)
Geschäftsführer
Steinbeis Qualitätssicherung und Bildverarbeitung GmbH (Ilmenau)
www.sqb-ilmenau.de
Prof. Dr.-Ing. habil. Gerhard Linß (Autor)
Geschäftsführer
Steinbeis Qualitätssicherung und Bildverarbeitung GmbH (Ilmenau)
www.sqb-ilmenau.de