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Artikel und Hintergründe zum Thema

Gummiteile, Automobilindustrie

Qualität gibt Gummi

Optische 3D-Qualitätsprüfung von Gummiteilen
In der Dunkelfeldbeleuchtung offenbaren die Konturen der Gummiteile Stärken und Schwächen.
Ein mit Bildverarbeitung sicher arbeitendes Prüfsystem muss zwischen einer leichten Verschmutzung und einer schwerwiegenden Beschädigung unterscheiden können. Die Prüfung von Gummidichtungen stellt dabei besonders hohe Anforderungen.

Bereits zwei bis drei Wochen nach der Fertigung kann sich die Oberflächenfarbe von Gummiteilen durch austretende Weichmacher verändern. Obwohl die Qualität darunter nicht leidet, bilden sich bei schwarzen Teilen oft weiße Zonen, so genannte Ausblühungen. Hinzu kommen Form- und Farbunregelmäßigkeiten durch den Entgratungsprozess. Dabei werden Gummiteile mit flüssigem Stickstoff abgekühlt und in einer Entgratungstrommel durch Granulatzugabe bearbeitet. Abriebspuren des Granulats setzen sich teilweise auf den Gummiteilen ab, ohne jedoch die Qualität zu beeinträchtigen. Beides erschwert die Prüfung mit Kamera und Vision-Software. Das optische Prüfsystem muss echte Produktmängel wie Risse oder Materialschwund und für die Produktgüte irrelevante Verfärbungen eindeutig unterscheiden.

Minimaler Ausschuss

Diese Anforderungen stellt der Verarbeiter Ima-Tec aus Kürnach bei Würzburg an sein Prüfsystem aus 2D- und 3D-Kameras, einem Roboter und der Bildverarbeitungssoftware Visionpro. Für jedes Qualitätskriterium von Gummiteilen, wie Getriebedeckel für Automobilfensterheber, wird ein Histogramm der relevanten Farb- und Helligkeitsbereiche erstellt. Zentrales Kriterium ist die exakte Definition von Toleranzgrenzen, damit bei hoher Qualität der Ausschuss so gering wie möglich bleibt. Die Schwellenwerte werden variabel auf das Gummiteil angepasst. Mit den Erfahrungen aus anderen Projekten hat der Systemhersteller Cognex eine Kombinationsprüfung unterschiedlicher Teilemerkmale entwickelt. Damit sollen sich Gutteile, Pseudoausschuss und tatsächliche Ausschussteile mit hoher Präzision identifizieren lassen.

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Eine 3D-Kamera kontrolliert an der ersten Prüfstation, ob die Gummiteile an den richtigen Stellen über plane Flächen verfügen oder außerhalb der Toleranzwerte verformt sind. Mit einer individuellen Benutzer-Oberfläche versehen, erstellt die 3D-Kamera auf Basis von bis zu 5 µm tolerierten Messergebnissen aussagekräftige 3D-Auswertungen.

Im nächsten Schritt prüft eine Zeilenkamera mit Dunkelfeldbeleuchtung die Konturen des Gummiteils. Bei dem abgebildeten Getriebedeckel sorgen 200 Messpunkte für die Unterscheidung von Gutteilen und Ausschuss. Druckstellen auf dem konisch zulaufenden Gummiring, die in der Regel noch als Gutteil beurteilt werden, erkennt das Visionsystem an der Formerweiterung nach außen. Materialschwund durch Ausbruch oder Mängel beim Spritzgießen reduzieren den Durchmesser nach innen. Das wird als sich verkleinernde Kontur erkannt.

An der dritten Prüfstation untersucht eine Matrix-Kamera die Innen- und Außenkonturen der Teile. Die Hintergrundbeleuchtung geschieht durch das Transportband. Diese vom Anwender entwickelte Technik garantiert hohe Transportleistung bei guten Durchleuchtungswerten. Anschließend greift ein Roboter die Deckel mit einem Vakuumgreifer und führt sie an einer Zeilenkamera vorbei. Dabei wird das Gummiteil nicht nur kreisrund gedreht. Der Roboterarm fährt für den Prüfvorgang vor der Kamera die komplette Außenkontur ab. Gleichzeitig prüft eine 2D-Kamera das Teil von unten. Im letzten Arbeitsgang legt der Roboter die Gummiteile im Verpackungsmagazin auf 30 Ebenen ab.

Der Prüfvorgang durch die fünf Kameras dauert je nach Teilevariante zwischen 2,5 und 3,8 Sekunden. Somit lassen sich bis zu sieben Millionen Teile pro Jahr in dieser Anlage prüfen.

Wirkungsvolle Werkzeuge

Auf Basis der Vision-Entwicklungsumgebung und Software Visionpro hat Ima-Tec die Windows-Bedienoberfläche individuell angepasst. Auf 16 Bedienerebenen werden alle Konfigurationen benutzerfreundlich verwaltet. Vom Werker über den Schichtleiter bis zum Administrator erhalten die einzelnen Mitarbeiter auf ihren jeweiligen Arbeitsbereich zugeschnittene Eingriffsrechte. Seit kurzer Zeit ist eine neue Version mit weiteren Werkzeugen auf dem Markt, mit denen auch unkonventionelle Aufnahmesysteme, wie 3D-Profiler, Wärmekameras und Röntgenbildwandler problemlos eingesetzt werden können.

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