Weltweit einzigartig: hochpräzise Oberflächenüberprüfung bei Lagerkugeln mit Hilfe optischer Messtechnik
Das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC ist eines der wichtigsten Zentren für materialbasierte Forschung und Entwicklung in Deutschland. Gemeinsam mit den Experten von STEMMER IMAGING haben die Fraunhofer Forscher eine vollautomatisch arbeitende Prüfanlage für Lagerkugeln entwickelt, die weltweit einmalig ist. Grundlage des anspruchsvollen Qualitätsprüfungssystems ist optische Messtechnik auf höchstem Niveau.
Die Aufgabe
Planungsunterstützung und Auswahl der Komponenten für ein vollautomatisches Inspektionssystem zur Prüfung der Oberflächengüte von Lagerkugeln.
Die Herausforderung
Hundertprozentige Inline-Qualitätskontrolle der Lagerkugeln trotz spiegelnder Oberflächen, unterschiedlicher Größen und hoher Arbeitsgeschwindigkeiten.
Die Lösung
STEMMER IMAGING konzipierte eine optimal auf die anspruchsvollen Anforderungen abgestimmte Bildverarbeitungslösung, lieferte alle benötigten Komponenten und sorgte für eine präzise Abstimmung aller Komponenten. So entstand auf Basis optischer Messtechnik eine vollautomatische Prüfanlage, die weltweit einzigartig ist.
- Hochpräzise Kamerasysteme
- Perfekt abgestimmte Beleuchtungen
- Maximale Verarbeitungsgeschwindigkeit
- 100 % Fehlererkennungsrate
- Flexible Prüfung unterschiedlicher Kugelgrößen
Spiegelnde Oberflächen und hohe Arbeitsgeschwindigkeit
Die Herstellung von Lagerkugeln für keramische Hochpräzisions-Kugellager erfordert maximale Präzision und Prozesssicherheit. Bereits bei kleinsten Abweichungen von der optimalen Form oder der gewünschten Oberflächengüte drohen Lagerschäden und Ausfälle beim Endkunden, für die der Hersteller in Regress genommen werden kann.
Bei der Entwicklung des automatisierten Inline-Inspektionssystems für einen namhaften Lagerkugelhersteller war also maximale Zuverlässigkeit gefordert. Die besondere Herausforderung bei diesem Auftrag lag daher einerseits in der spiegelnden Oberfläche der Kugeln aus Siliciumnitrit und andererseits in der hohen Prüfgeschwindigkeit, da die vorherige Produktionsgeschwindigkeit beibehalten werden sollte. Zudem sollte die Anlage für die flexible Prüfung unterschiedlicher Kugelgrößen ausgelegt sein.
„Die zu vermessenden Oberflächen spiegeln sehr stark und erfordern ein spezielles Beleuchtungssystem, das die auftretenden Spiegelungen minimiert, um die verschiedenen Messaufgaben lösen zu können. Darüber hinaus musste die Anlage variabel sein, da verschiedene normierte Kugelgrößen mit Durchmessern von 3 bis 10 mm darauf geprüft werden sollten. Alles in allem waren das sehr anspruchsvolle Anforderungen an ein vollautomatisch arbeitendes Qualitätsprüfungssystem.“
Dr. Andreas Diegeler, Leiter des CeDeD am Fraunhofer-Institut
Die maßgeschneiderte Lösung
Ein zweistufiges Qualitätsprüfsystem mit hochpräziser optischer Messtechnik
Um trotz der hohen Verarbeitungsgeschwindigkeit eine hundertprozentige Qualitätsprüfung zu gewährleisten, konzipierten die Experten des Fraunhofer Instituts gemeinsam mit STEMMER IMAGING ein zweistufiges, robotergestütztes Inspektions-System, das perfekt auf die automatische Prüfung von Lagerkugeln ausgelegt ist.
Dank Spezialbeleuchtung und hochpräziser optischer Messtechnik von STEMMER IMAGING werden auch kleinste Abweichungen von der normgerechten Rundheit und Oberflächendefekte wie Kratzer, Brüche, Dellen oder farbliche Abweichungen zuverlässig erkannt und die entsprechenden Kugeln automatisch aussortiert.
Zwei Bildverarbeitungsstationen für maximale Zuverlässigkeit
Die Überprüfung der Lagerkugeln ist komplett in den Produktionsablauf integriert und erfolgt vollautomatisch an zwei separaten Prüfstationen. An der ersten Station wird die normgerechte Rundheit der Bauteile überprüft, im zweiten Schritt erfolgt anschließend die Qualitätskontrolle der Kugeloberflächen. Die exakte Zuführung der Lagerkugeln an das jeweilige Prüfmodul, die Weitergabe einwandfreier Kugeln sowie der zuverlässige Auswurf fehlerhafter Produkte werden von einem Roboter übernommen.
Hochpräzise optische Messtechnik, die Maßstäbe setzt
Die Leistungsfähigkeit der Anlage hängt wesentlich von den integrierten Bildverarbeitungssystemen ab. Deshalb kommen hochgenaue Kamerasysteme mit einer Auflösung von 1 µm zum Einsatz, die eine vollständige, dreidimensionale Erfassung der Kugeln mit einer Messgenauigkeit von 0,3 μm garantieren. Ein präzise abgestimmtes, spezielles Beleuchtungssystem sorgt dabei dafür, dass auftretende Spiegelungen auf ein Minimum reduziert werden.
Die Erfolgsfaktoren der eingesetzten Lösung
Da STEMMER IMAGING als unabhängiger Partner für Bildverarbeitungstechnologie nicht an die Produkte bestimmter Hersteller gebunden ist, konnten in jedem Anwendungsbereich die bestmöglichen Komponenten ausgewählt werden. So entstand ein hochpräzises Inspektionssystem, das auf Basis optischer Messtechnik eine hundertprozentige Qualitätskontrolle ermöglicht und fehlerhafte Kugeln noch im Produktionsprozess automatisch aussortiert.
High-End-Kameras
Die hochgenauen Kamerasysteme verfügen über eine Auflösung von 1 µm. Sie ermöglichen eine vollständige dreidimensionale Erfassung der zu prüfenden Lagerkugeln mit einer Messgenauigkeit von 0,3 μm.
Optimal abgestimmte Spezialbeleuchtung
Um trotz der spiegelnden Oberflächen zuverlässige Messergebnisse liefern zu können wurde ein spezielles Beleuchtungssystem eingesetzt, das ein Partner von STEMMER IMAGING entwickelt hat.
Maximale Verarbeitungsgeschwindigkeiten
STEMMER IMAGING konnte alle Komponenten inklusive Software als exakt auf die vorliegenden Anforderungen abgestimmtes Paket liefern und ermöglichte so eine Prüfgeschwindigkeit von 2000 Kugeln pro Stunde.
„Das Wissen unserer Ansprechpartner zu allen auftretenden Fragestellungen rund um die Bildverarbeitung und die hervorragende gelieferte Qualität der Komponenten haben uns schlichtweg überzeugt. Wir werden daher auch für künftige Systemen auf die Dienstleistungen und Produkte von STEMMER IMAGING setzen.“
Dr. Andreas Diegeler, Leiter des CeDeD am Fraunhofer-Institut
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