Bildverarbeitung im Einsatz -  Anwendungsbeispiele aus zahlreichen Branchen

Industrielle Bildverarbeitung

in der Praxis

Kundenreferenzen und Anwendungsbeispiele

Der Einsatz von Bildverarbeitung in manuellen Montageprozessen

Oktober 2019

Kautex Textron CVS Ltd bietet mit seinen Clear Vision Systems (CVS) Lösungen an, die Fahrzeugscheinwerfer und Kameras bzw. Sensoren von Fahrerassistenzsystemen zuverlässig von Staub, Schmutz, Frost und Schnee befreien. Hergestellt werden die Systeme in den Kautex-Werken in Großbritannien, den USA, China und der Tschechischen Republik. Dabei werden die verwendeten Schlauchbaugruppen komplett von Hand gefertigt.

Das Kautex-Werk in Südwales produziert allein rund 200 verschiedene Varianten, aufs Jahr gerechnet rund 12 Millionen Baugruppen. Diese bestehen aus mehreren Einzelkomponenten wie z. B. Schläuchen, Düsen, Klemmen, Farbklebeband, Schaumstoffteilen und T-Stücken.

Beispiel für eine Schlauchbaugruppe von Kautex mit diversen Einzelkomponenten wie Düsen, Clips und Farbklebeband.

Montagearbeitsplatz mit Touchscreen. Kamera und Balkenbeleuchtung sind über der Werkbank installiert.

Voraussetzungen und Überlegungen

Kautex ist Tier-1-Lieferant und gehört zu den Top 100 der internationalen Automobilzulieferer für OEMs. Höchste Qualität ist daher unerlässlich. Analysen der möglichen Montagefehler ergaben, dass sich viele davon mit Hilfe von industrieller Bildverarbeitung erkennen ließen. Jede Baugruppenvariante erfordert eine spezielle Montagevorrichtung, die auf jedem der 80 Arbeitsplätze eingesetzt werden kann.

  • Sobald der Schlauch in der Halterung befestigt ist, montiert der Anwender das Produkt anhand der gedruckten Montageanleitung mit Hilfe von schriftlichen Anleitungen, Diagrammen und Bildern.
  • Nach Abschluss der Montage wird die Baugruppe einer Sichtprüfung unterzogen und mit Druckluft eventuelle Verstopfungen im Schlauch beseitigt.
  • Bei positivem Prüfergebnis wird das fertige Teil freigegeben und die Produktionsdaten an das werkseigene OEE-System (Overall Equipment Effectiveness) gesendet.

Dass sich mit dem Einsatz eines Bildverarbeitungssystems Montagefehler identifizieren ließen, stand außer Frage. Allerdings zielte das „Advanced Manufacturing Team“ von Kautex bei der Umsetzung nicht auf das bloße Hinzufügen eines Vision-Systems ab, sondern auf einen ganzheitlichen Lösungsansatz, bei dem das Bildverarbeitungssystem vollständig in den Montageprozess integriert wird.

Dieses Vorgehen bietet eine ganze Reihe von Vorteilen:

  • Neben der Nutzung der Produktionsdaten aus der SQL-Datenbank ließe sich auf diese Weise auch sicherstellen, dass nur entsprechend geschultes Personal an einer bestimmten Baugruppe arbeiten kann, und die korrekten Komponenten für eine Charge verwendet werden.
  • Montageprozesse einzelner Baugruppen könnten lückenlos rückverfolgt werden.
  • Außerdem lässt sich das System flexibel an neue oder geänderte Varianten anpassen und der Papieraufwand erheblich reduzieren. Damit wird der gesamte Fertigungsprozess effizienter und Ausschuss reduziert.

Die Bildverarbeitungslösung

Die Bildverarbeitungslösung für diese Anwendung entwickelte STEMMER IMAGING zusammen mit Envisage Systems Ltd. Der Systemintegrator, mit dem bereits vorher eine intensive Zusammenarbeit bestand, übernahm die Projektleitung.

Dazu wurde eine 5-Megapixel-Farbkamera aus der Genie-Nano-Serie von Teledyne DALSA über einer Werkbank installiert. Die Kamera verfügt über einen 1“-Sensor, eine GigE-Vision-Schnittstelle und ist mit einem Objektiv mit 12-mm-Brennweite ausgestattet.

Für die optimale Ausleuchtung des 1,3 Meter großen Sichtfeldes sorgen Balkenbeleuchtungen von Smart Vision Lights. Diese lassen sich bei jedem Umgebungslicht einsetzen und selbst Tageslicht, das durch die Oberlichter im Montagebereich einfällt, hat keinen störenden Einfluss.

Die lokale Bildauswertung, bevor die Daten über Ethernet an den zentralen Server übertragen werden, übernimmt das kompakte Bildverarbeitungssystem GEVA-300 von Teledyne DALSA, das mit dem Softwarepaket Sherlock – ebenfalls von Teledyne DALSA – ausgestattet ist. Das vielseitige Embedded-System lässt sich bei Bedarf mit mehreren Kameras anwenden und ist somit nach oben skalierbar.

Zum Einsatz kommen Standard-Mess- und Inspektionswerkzeuge von Sherlock, um das Vorhandensein des richtigen Farbklebebandes an der richtigen Position zu prüfen sowie Messungen an Schaumstoffteilen, Clips usw. durchzuführen.

Envisage entwickelte eine maßgeschneiderte Bedienoberfläche für die Software, während STEMMER IMAGING alle eingesetzten Bildverarbeitungskomponenten lieferte und die Sherlock-Schulung für die Kautex-Mitarbeiter durchführte.

Zur Prüfung der Prozessfähigkeit wurden in der ersten Projektphase Demosysteme zur Verfügung gestellt. Dazu hat man 20 der 80 Werkbänke mit einem Bildverarbeitungssystem einschließlich Ethernet-Anbindung zum zentralen Firmenserver versehen.

Das neue System in Aktion

Für jede Charge ist eine entsprechende Montagevorrichtung vorgesehen, die auf jeder Werkbank installiert werden kann. Der Anwender meldet sich über einen Touchscreen mit seiner Unique-ID an. Durch Scannen des Barcode-Etiketts auf den Produktionsteilen wird die Teilenummer der Baugruppe gelesen und zusammen mit der Operator-ID in der Datenbank überprüft, ob der entsprechende Mitarbeiter über die erforderliche Montageausbildung verfügt. Außerdem wird die Anzahl der zu montierenden Teile angezeigt.

Eine eindeutige Kennung mittels Unique Identifier (UID) verhindert die nochmalige Montage der gleichen Charge, falls das Etikett versehentlich erneut gescannt wird. Durch Scannen des Barcodes wird ebenfalls die Datei für die kamerabasierte Inspektion geladen. Zusätzlich lässt sich sicherstellen, dass das für diese Anwendung korrekte Teil verwendet wird.

Anschließend wird eine Qualitätsprüfung für das Vision-System durchgeführt, bei der jeweils ein festgelegtes Gut- und Schlechtteil zur Kontrolle herangezogen wird. Alle Produktionsdaten aus der Datenbank, einschließlich Anweisungen, Diagramme, Bilder usw., können auf dem Bildschirm angezeigt werden und müssen nicht mehr in gedruckter Form vorliegen.

Inspektionsbild des Bildverarbeitungssystems zeigt ein fehlerhaft montiertes Schaumstoffteil (rote Markierung) und ein korrekt montiertes (grüne Markierung).

Nach Abschluss der Montage leitet der Anwender den Inspektionsprozess ein, bei dem ein Bild vom Prüfteil gespeichert wird. Fällt das Prüfergebnis negativ aus, werden alle fehlerhaften Bereiche auf dem Bild rot markiert. Diese können nachbearbeitet und anschließend erneut inspiziert werden. Das Prüfteil wird erst freigegeben, wenn es die Inspektion mit positiven Ergebnis durchlaufen hat.

Lässt sich ein Prüfteil nicht nachbearbeiten, kann es der Montageleiter mit Eingabe eines Codes freigeben. Alle Schritte werden aufgezeichnet und zusammen mit den Inspektionsbildern auf dem zentralen Server gespeichert, so dass für jedes inspizierte Teil ein vollständiger Audit-Trail vorliegt.

Bildverarbeitung macht den Unterschied

Mit der Einführung des neuen Systems konnten signifikante Verbesserungen erzielt werden:

  • Alle zu identifizierenden Mängel ließen sich mit Hilfe von Bildverarbeitung zu 100% erkennen,
  • während bei der gesamten Schlauchproduktion eine 87%ige Reduzierung der Fehler zu verzeichnen war.
  • Die Menge an gedrucktem Material konnte zu 70% verringert werden.
  • Außerdem ist nun jede einzelne Baugruppe einschließlich Bildmaterial zu 100% rückverfolgbar.

Kautex hat das System als Standard übernommen und setzt es nun für alle neuen Projekte ein. Die Einführung im US-Werk ist geplant.

Das flexible System lässt sich auch bei neuen Varianten erfolgreich einsetzen. Für die Inspektion größerer Baugruppen können zusätzliche Kameras problemlos integriert werden, und jede noch so komplexe Inspektionsaufgabe lässt sich mit Hilfe der leistungsstarken Messwerkzeuge zuverlässig realisieren.

Teledyne DALSA Genie Nano
  • Robuste Flächenkamera mit CMOS-Sensor
  • Zahlreiche Features zur Erhöhung der Leistung
  • Hervorragendes Design für einfache Netzwerkintegration
Smart Vision Lights L300

Längste modulare Balkenbeleuchtung mit hoher Flexibilität in Bezug auf I/O-Optionen und Farben

Teledyne DALSA GEVA

Leistungsfähiges Industriesystem für die Verwendung von GigE Vision- und CameraLink-kompatiblen Kameras. Kostengünstige Lösung für Multi-Kamera-Anwendungen.

Teledyne DALSA Sherlock

Leistungsstarke und flexible Bildverarbeitungssoftware für die Fabrikautomation

Smart Vision Lights

Muskegon, United States

Das 2007 gegründete, in West Michigan beheimatete Unternehmen Smart Vision Lights (SVL) hat sich schnell zu einem der führenden Anbieter in der Entwicklung und Fertigung von Hochleistungs-LEDBeleuchtungssystemen entwickelt.

STEMMER IMAGING

Puchheim, Germany

STEMMER IMAGING ist seit 1987 in der industriellen Bildverarbeitung tätig und einer von Europas größten Technologie-Anbietern in diesem Bereich.

Teledyne DALSA

Waterloo, Canada

Teledyne DALSA ist eines der größten Unternehmen in der Bildverarbeitungsindustrie.