Vision Sensor von Balluff

Vision Sensor von Balluff
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16.10.2014 | Automatisierungslösungen aus der Großserienfertigung sind für mittelständische Unternehmen mit großer Produktvielfalt und Fertigungstiefe oft nicht die richtige Wahl. Um Anlagen schnell und unkompliziert auf unterschiedliche Produktionsaufgaben ausrichten zu können, sind intelligente Verknüpfungen aus Robotik, Steuerungstechnik, Sensorik sowie effiziente Mensch-Maschine-Konzepte gefragt.

Beim Spielwarenhersteller Sieper ist der Vision Sensor Universal von Balluff zentraler Bestandteil einer automatisierten Handling-Lösung: Der universelle Sensor erkennt und berechnet die tatsächliche Position einer Miniaturkarosse in der Transportkiste und übermittelt die Daten an den Roboter. Der weiß nun, wo und wie er greifen muss und übergibt das Werkstück an die nachfolgende  Prozessstation. Die integrierte Automatisierungslösung steigert die Produktivität und Verfügbarkeit einer Bedruckungszelle bei Sieper nachhaltig.


Die Spielzeugautos mit ihrem charakteristischen Zinkdruckgussgehäuse waren und sind für viele Jungen und immer mehr Mädchen fester Bestandteil ihrer Kindheit. SIKU ist eine Marke mit hohem Wiedererkennungswert, die Fahrzeugmodelle sind mit ihren wesentlichen Form- und Designmerkmalen eng an das Original angelehnt. Mit 16,5 Millionen Fahrzeugen pro Jahr ist SIKU der größte Automobilhersteller der Welt in Klein. Bei den großen Vorbildern ist der Modellautohersteller durchaus anerkannt, beginnt doch der Marken- und Imageaufbau im Kinderzimmer.


Das 1921 gegründete Unternehmen mit Stammsitz in Lüdenscheid und Produktionsstätten in Polen und China beschäftigt insgesamt rund 700 Mitarbeiter, davon 200 in Lüdenscheid. Die große Typen-, Teile- und Variantenvielfalt sind charakteristisch für die Modellbaubranche: SIKU führt dauerhaft rund 500 unterschiedliche Artikel in den Maßstäben 1:32, 1:43, 1:50 und 1:87. Allein das Modell des VW-Bus T5 ist in 7 unterschiedlichen Ausführungen erhältlich. Noch immer wird ein großer Teil der Aufgaben in Handarbeit erledigt, standardisierte Automatisierungskonzepte greifen hier in aller Regel nicht. „Wir sind gezwungen, unsere Fertigungsprozesse in weiten Teilen zu optimieren, wenn wir als Premiummarke auch künftig am Weltmarkt konkurrenzfähig bleiben und weiterhin unseren hohen Qualitätsansprüchen gerecht werden wollen“, sagt Dr. Christian Kuwer, Technischer Leiter bei SIKU. Das Unternehmen hat sich zum Ziel gesetzt, einen großen Teil der manuellen Tätigkeiten durch automatisierte Verfahren zu ersetzen.


Wie aber lassen sich die sehr unterschiedlichen Verfahren, Prozesse und logistischen Abläufe bei SIKU optimieren? „Hier gibt es leider nicht die Standardlösung. Man muss zunächst die Prozesse sehr genau analysieren, um unterschiedliche Optimierungspotenziale ausloten und bewerten zu können“, sagt Detlef Dahl, Geschäftsführer von IIS Automation. Das Unternehmen mit Sitz in Meinerzhagen verfügt über langjährige Erfahrung in der Maschinen-, Steuerungs- und Automatisierungstechnik und ist bei SIKU mit der Entwicklung und Umsetzung effizienter Produktionslösungen betraut. Der Automatisierungsspezialist bietet Komplettlösungen von der Konstruktion, Fertigung, Montage, Softwareerstellung aus einer Hand.


Konkret lautete der Auftrag für die Ingenieure von IIS Automation im Jahr 2012, eine Bedruckungsstation für unterschiedliche Fahrzeugmodelle zu automatisieren. Bis dahin wurden die zu bedruckenden Modelle von Hand eingelegt und wieder entnommen, was auf lange Sicht selbst am chinesischen Standort zu aufwändig und zu teuer ist. Gefordert war eine Lösung, die der großen Modellvielfalt Rechnung trägt, bei anstehenden Modellwechseln rasch umgerüstet und steuerungstechnisch einfach umkonfiguriert ist. Insbesondere die Aufnahme und übergabe der Druckgussmodelle an eine Rundtisch-Bedruckungsstation stellten eine besondere Herausforderung dar: Die Modelle sind nicht nur unterschiedlich groß, sie sind in den angelieferten Kisten auch unterschiedlich ausgerichtet. Insgesamt also keine Standardaufgabe für ein Handhabungssystem.


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„Zunächst dachten wir an spezielle Werkstückträger für jedes Modell, um einem Pick-and-Place-System somit klare Positionen vorgeben zu können. Wir mussten aber rasch feststellen, dass die Herstellung mehrerer Dutzend typspezifischer Blister viel zu teuer geworden wäre“, betont Winfried Neumann, Leiter der Arbeitsvorbereitung bei SIKU. Gemeinsam mit IIS Automation entwickelte man schließlich eine Handling-Lösung, die Robotik, Steuerung und Sensorik intelligent miteinander verknüpft. Das Unternehmen hat dabei auf den neuen Vision Sensor von Balluff zurückgegriffen. „Der Vision Sensor von Balluff mit seiner 680 x 400 Pixel-Kamera bot uns im Verbund mit dem Handling-Roboter und der von uns entwickelten Software einfach das beste Preis-Leistungsverhältnis“, stellt Detlef Dahl fest.


Die Funktionsweise der neu entwickelten Bedruckungszelle ist überzeugend: Sobald das Referenzbild des jeweiligen Modells eingeteacht ist (am Beispiel des VW-Bus T5 genügt dazu die Ansicht der charakteristischen Frontscheiben- und Bugpartie von oben), die Normkisten mit den Fahrzeugmodellen in der Bedruckungszelle an der vorgegebenen Stelle stehen und die Schutztür geschlossen ist, kann die Bedruckungsstation gestartet werden. Der Sechsachs-Roboter mit dem angedockten Vision Sensor Universal von Balluff fährt auf eine vorgegebene Referenzposition über der Kiste: Anhand des eingelesenen Referenzbildes erkennt die Kamera das Modell vor der Linse. Der Vision Sensor vergleicht nun seine Ist-Position mit der tatsächlichen Position und Lage des avisierten Modells. Innerhalb von Millisekunden berechnet der Vision Sensor die Abweichung entlang der X- und Y-Achse sowie die Winkeldifferenz zur Referenzlage. Seine Erkenntnis gibt er direkt an die Steuerung weiter: Der Roboter weiß nun genau, wie er mit seiner Greifapplikation das Bauteil anfahren und aufnehmen muss, um dieses dann exakt und zuverlässig an die vorgesehene Aufnahme der aus vier Stationen bestehenden Rundtisch-Druckanlage zu übergeben. Weil jede Station doppelt ausgelegt ist, nimmt er auf dem Rückweg das auf der gegenüberliegenden Seite bereits fertig bedruckte Modell mit und positioniert es in der gegenüberliegenden Kiste. Die automatisierte Bedruckungsstation arbeitet bis zu 15 bereitgestellte Kisten selbständig ab, pro Stunde lassen sich mit dieser Anlage 250 Modelle bedrucken.


Die Vorteile dieser Lösung: Die intelligente Kombination aus Roboter, Software und Vision Sensor Universal von Balluff kommt ohne separate Rechnereinheit aus. Das System ist einfach programmierbar, die Bedruckungszelle ist über das zentrale mobile Bedienpanel schnell umgerüstet und lässt sich flexibel an wechselnde Produktlinien anpassen. „Der Vision Sensor von Balluff ist hier zwar „nur“ für die 360 Grad Lageerkennung von Teilen zuständig, sein Aufgabenfeld lässt sich jedoch beträchtlich ausweiten. Noch vor wenigen Jahren wäre eine Lösung wie diese zu einem vernünftigen Preis-Leistungsverhältnis kaum realisierbar gewesen“, stellt Detlef Dahl fest. Was früher die Aufgabe mehrerer Sensoren war, vereint der Vision Sensor von Balluff in einem Gerät: Er bietet nicht nur Teile- und Lageerkennung, er reagiert auf Helligkeit und Kontraste, erkennt Muster, Konturen, Matrix, Barcode und kann Text vergleichen – alles in einem Durchgang. Als kompaktes Gerät findet der Vision Sensor ein breites Einsatzfeld - von der Nachpositionierung über die Vollständigkeits- und Qualitätskontrolle wie korrekter Zusammenbau, dem Zählen von Teilen, Kontakten, Formen bis hin zum schnellen Lesen von Bar- & Datamatrixcodes. „Für diesen vielseitigen Sensor wird es bei SIKU in Zukunft mit Sicherheit noch weitere Anwendungsfelder geben“, betonen Dr. Christian Kuwer und Detlef Dahl unisono.

Einer für viele Aufgaben

Einer für viele Aufgaben
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Balluff Vision-Sensor BVS-E Universal
 
Der neue Vision-Sensor BVS-E Universal von Balluff vereint die Funktionen der bewährten Vision-Sensoren BVS-E Advanced und BVS-E Ident in einem Gerät. Er übernimmt nahezu alle Prüfaufgaben in einem Gerät und senkt so die Kosten für die Lagerhaltung.


Der BVS Universal von Balluff kontrolliert nicht nur gängige Sensoraufgaben in einem Durchgang, er kann gleichzeitig auch Positionen und Helligkeit prüfen, Kontraste vergleichen, Kanten zählen, Muster erkennen und sehr schnell Codes lesen.


Mit zusätzlichen Werkzeugen wie einer 360°-Kontur-, Barcode- und Datamatrix-Prüfung sowie der Möglichkeit, Konturen zählen und prüfen zu können, verfügt er über ein breites Feld an Einsatzmöglichkeiten.


Die Prüfungsergebnisse werden entweder als ok-  oder Fehlersignal über digitale Ausgänge, via RS 232- oder Ethernet- Schnittstelle ausgegeben. Verknüpft mit einer SPS- oder Robotersteuerung lassen sich mittels dieser Daten Werkstücke für den nachfolgenden Prozessschritt korrekt ausrichten.


Der BVS Universal von Balluff arbeitet extrem schnell: Er lokalisiert, liest und verifiziert lageunabhängig bis zu 40 Strich- sowie Datamatrixcodes pro Sekunde. Die Codedaten stehen via Schnittstelle zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung. Zusätzlich lassen sich gedruckte Zeichen- und Zahlenfolgen wie z.B. Chargennummern oder ein Mindesthaltbarkeitsdatum mittels optischer Zeichenverifikation (OCV) verifizieren.


Der Vision-Sensor BVS-E Universal ist in unterschiedlichen Objektivausführungen erhältlich: Die leuchtstarke wahlweise Rotlicht- oder Infrarot-LED-Beleuchtung garantiert eine optimale Ausleuchtung des Bildfeldes. Der Anschluss an die Stromversorgung und Peripherie erfolgt über zwei industrietaugliche M 12-Anschlüsse.


Der robuste Highend-Sensor ist über die mitgelieferte Software ConVIS mit ihrer intuitiv zu bedienenden Benutzeroberfläche einfach zu handhaben. Zur Parametrierung schließt der Anwender den Sensor einfach an einen PC an, um ihn dann mit der frei verfügbaren Konfigurationssoftware in Betrieb zu nehmen. Diese läuft auf Windows XP und Windows 7 und bietet die Möglichkeit, bis zu 10.000 Inspektionsbilder beispielsweise für die Fehlersuche auf dem Rechner abzuspeichern.


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