3D-Bildverarbeitungssystem prüft Autositze

Ein in eine verkettete Fertigungslinie eingebautes Dakota-System.

Die Entwicklung des Dakota-Systems begann 2012. Sie ist inzwischen abgeschlossen. Das System hat seither seinen Nutzen, seine Leistung und sein Weiterentwicklungspotenzial in verschiedenen Schaumstoff-Fertigungsanlagen für Autositze bewiesen. „Diese Anlagen sind in mehreren Ländern weltweit im Einsatz und haben sich als zuverlässiges und schnelles 3D-System für die Qualitätskontrolle von Polyurethan-Schaumstoffblöcken erwiesen“, freut sich Frédéric Equoy. Der Gründer und Geschäftsführer von GIPS vision war maßgeblich an der Entwicklung von Dakota beteiligt.

Zum Einsatz kommt das System bei der Herstellung von Schaumstoffteilen aus Polyurethan, die im Spritzgussverfahren entstehen. Im Fall der Autositze werden vor dem Spritzvorgang bestimmte Einsatzteile von Hand in die Spritzgussformen eingelegt. „Diese Feinarbeit lässt sich nicht automatisieren“, so Equoy. „Angesichts der hohen Produktionsgeschwindigkeit der Fertigungslinie kommt es bei diesem manuellen Arbeitsgang häufig zu Fehlern, die zu unvollständigen Spritzgussteilen oder Produkten mit falsch positionierten Einsatzteilen führen. Ergenbis sind schwerwiegende Mängeln des Endprodukts, die nach dem Erstarren des Schaumstoffs schwer zu erkennen sind.“

Das Dakota-System wurde zur Qualitätsprüfung von spritzgegossenen Schaumstoffelementen entwickelt, wie sie z. B. in Autositzen verwendet werden.

Fehler vor dem Entstehen entdecken

Das 3D-Prüfsystem Dakota schafft Abhilfe. Es entdeckt Fehler, bevor sie entstehen. Direkt vor dem Einspritzen der Spritzgießmasse in die Form sorgt es dafür, dass die Fertigung fehlerhafter Schaumstoffteile sowie Materialverschwendung in großem Ausmaß vermieden werden. „Dakota überprüft vor der Füllung der Spritzgussform, ob alle vor der Einspritzung in die Form eingesetzten Teile vorhanden sind und sich an der richtigen Stelle befinden“, beschreibt Equoy das Prinzip. „Nur wenn alle Voraussetzungen erfüllt sind, gibt das System die Form zur Einspritzung frei. So wird verhindert, dass ein unvollständiges oder fehlerhaftes Schaumstoffteil gefertigt wird.“

Diese Vorgehensweise führt zu einer Reihe von Vorteilen: Zunächst verringert sich der Ausschussanteil durch den Einsatz von Dakota deutlich. Zudem lässt sich eine erhebliche Einsparung von Material realisieren, das bei fehlerhaften Teilen ja komplett verloren ist, da der einmal verfestigte Schaumstoff nicht erneut verwendet werden kann. Die per Hand eingelegten Einsatzteile haben nur geringen Wert, sind jedoch im Fehlerfall ebenfalls nicht mehr nutzbar.

Dakota macht zudem eine visuelle Überprüfung des fertigen Schaumstoffteils überflüssig und spart somit in diesem Prozessschritt Aufwand. Ein weiterer Vorteil besteht in der Verringerung der Reklamationen aufgrund schlechter Qualität und anderer Rücksendungen von ausgelieferten Produkten. Insgesamt steigt also die Rendite und Produktionssicherheit für Kunden, die das Dakota-System in ihrer Fertigung einsetzen.

Die Prüfanlage arbeitet mit einem 3D-Bildverarbeitungssystem auf Basis der Lasertriangulation.

3D-Bildverarbeitung im Einsatz

Grundlage der Prüfanlage ist ein 3D-Bildverarbeitungssystem auf Basis der Lasertriangulation. Die Spritzgussform wird dabei durch eine Laserbeleuchtung des Herstellers Z-Laser gescannt. Eine Hochleistungskamera von Automation Technology nimmt pro Sekunde bis zu 1.000 der so entstehenden Laserprofile mit einer Breite von 2.000 Pixeln auf. Über den bekannten Winkel zwischen der Kamera- und der Laserebene können dank einer genauen, an die Konfiguration der Fertigungslinie und der Formen angepassten Kalibrierung die entsprechenden Höhenangaben aus den Laserprofilen ermittelt werden.

So erzeugt das System ein 3D-Bild der Spritzgussform und der enthaltenen Einsatzteile mit deren genauer dreidimensionaler Position. Die Auswertung dieses 3D-Bildes ermöglicht im Anschluss eine sichere Beurteilung, ob alle Parameter den Anforderungen entsprechen und ob der Spritzgussvorgang eingeleitet werden kann. Träger für Träger prüft Dakota auf diese Weise die Bau- und Einsatzteile, die vor der Einspritzung eingesetzt und dann in das Schaumstoffteil eingegossen werden. Diese Einsatzteile können aus verschiedenen Materialien bestehen und weisen unterschiedliche Größen, Stärken, Farben und Formen auf. Verwendet werden hier unter anderem Metalldrähte, Plastikclips oder Schaumblöcke, die für die korrekte Funktion der Autositze wichtig sind.

Die grafische Mensch-Maschine-Schnittstelle des Dakota-Systems zeigt Bilder und Auswertungen der geprüften Objekte.

Datenbank und GUI integriert

Zur Definition der Prüfpunkte sowie zur Parametrierung der entsprechenden Werkzeuge bietet Dakota Benutzern eine speziell angepasste und anwenderfreundliche, grafische Mensch-Maschine-Schnittstelle. Bis zu 999 verschiedene Formreferenzen können in einer Datenbank parametriert und an jeder Spritzgießform bis zu 999 Prüfpunkte kontrolliert werden. Außerdem lässt sich das System an Formen und Träger unterschiedlicher Größe sowie an die variable Geschwindigkeit der Fertigungslinie anpassen. „Ein Dakota-System in einer Anlage in den USA prüft Formen mit einer Größe von 1.700 mm – das entspricht einer kompletten Rücksitzbank – auf einer Fördereinrichtung, deren Geschwindigkeit 14 Meter pro Minute beträgt“, nennt Equoy ein aktuelles Beispiel.

Damit sind die Grenzen des Systems nach seinen Worten aber noch lange nicht erreicht: „Zudem ist das Konzept keineswegs auf den Automobilbereich beschränkt. Das System eignet sich auch für andere Anwendungsbereiche und wir wollen es schon bald entsprechend breiter einsetzen.“ Rein mechanisch ist das System dafür flexibel genug: Erst kürzlich wurde Dakota erfolgreich in eine Drehtisch-Fertigungslinie integriert, bei der die einzelnen Produktionsschritte über einen Kreisförderer miteinander verknüpft sind.

Als Team erfolgreich

Das beschriebene System entstand durch die enge Zusammenarbeit zwischen GIPS vision und Stemmer Imaging in Frankreich. „Unser Partner hat uns hier mit seinem Know-how tatkräftig unterstützt und wesentlich zur Definition des 3D-Bildverarbeitungssystems und der Auswahl der optimalen Komponenten beigetragen“, so Equoy. „Die Integration des Dakota-Systems in die Anlage war aufgrund der rauen Spritzgussumgebung nicht einfach, doch auf dieses Feld hat sich GIPS vision spezialisiert. Die Experten für den Bildverarbeitungsteil des Systems sind Stemmer Imaging. Aus dieser Kombination ist ein leistungsfähiges System entstanden, das dem Anwender Kosten spart und zu einer umweltfreundlicheren Rohstoffverwendung führt.“