Eine kompakte, leistungsstarke Anlage zur Teileerkennung und -prüfung haben jetzt die Ingenieure des Schweizer Unternehmens iTech Engineering entwickelt. Mit VisionPro von Cognex bringt es Kleinteile punktgenau auf Hochtouren.
Moderne Pick-and-Place-Anlagen erfassen Teile mit zuverlässiger Vision-Technologie und sorgen durch einfache Bedienbarkeit für kurze Umrüstzeiten. Die State-of-the-Art-Lösung zum präzisen Mikroteile-Handling der iTech Engineering AG aus dem schweizerischen Bettlach beschleunigt die Produktionsprozesse durch intelligente Soft- und Hardware plus einfaches Handling. Mit der Software VisionPro von Cognex an Bord wird die Pilot-Anlage mit dem Namen iPlace 300 in einem renommierten Schweizer Unternehmen zur Herstellung von Dental-Werkzeugen eingesetzt.
Die sehr kompakte und gleichzeitig robuste Stand-alone-Lösung nimmt Präzisionsteile mit einer Positionsgenauigkeit von 0,05 mm auf und legt diese zielgenau auf Kleinpaletten ab. Auf 860 mm x 1200 mm x 1500 mm verleiht ein stabiler Stahlprofilrahmen den rund 500 kg Hightech einen festen Stand. Was besonders wichtig ist, damit das Vision-System und der pneumatische Greifer auf einer geräumigen Arbeitsfläche von 300 mm x 500 mm präzise arbeiten kann.
Beim iPlace 300 erfolgt die Teilezuführung über ein Schüttgutmagazin mit großräumigem Bunker. Die flexible Geräteperipherie erlaubt alternativ die Teileversorgung mittels Servomotoren betriebenem Förderband. In der aktuellen Anlage-Version mit VisionPro als Bildverarbeitungssoftware wandern die jeweiligen Kleinteile vibrationsinduziert auf die Arbeitsfläche. Gefertigt aus kratzfestem, transparentem Kunststoff, dient diese gleichzeitig als Bildfläche für das Vision-System. Die variable Hintergrundbeleuchtung projiziert die deutlich kontrastierte Anordnung der Prüfteile vertikal nach oben auf einen im 45°-Winkel angebrachten Spiegel. Dieser leitet das Bild weiter an eine fest installierte Visionkamera.
Von außen bis auf die Monitoranzeige unsichtbar, aber umso wirkungsvoller, spielt im Hintergrund die leistungsstarke und robuste Werkzeug-Bibliothek von Cognex ihre Stärken aus. Ihre Drag-and-Drop-Verbindung zum pneumatischen Greifwerkzeug übermittelt Bildwerte extrem schnell. VisionPro konzentriert sich dabei ganz auf die kritischen Merkmale der Kleinteile, die für die Abnahme relevant sind. Unkritische Veränderungen im Aussehen ignoriert die intelligente Vision-Software. Eine in der Regel aufwändige Vorverarbeitung von Bilddaten entfällt. Das Resultat sind hohe Schnelligkeit im Teilehandling und einfache Anwendungsentwicklung für neue Produktspezifikationen.
Nachdem das Vision-System die Lage der Teile exakt identifiziert hat, fährt ein von iTech neu entwickelter kartesischer 4-Achs-Roboter über die Arbeitsfläche und greift das ausgewählte Kleinteil mittels Vakuum-Greifer oder taktilem Greifersystem auf. Anschließend passt er die Lage der gewünschten Art der Weiterverarbeitung an, beispielsweise der Palettierung im Tray Feeder, dem Abpacken im Tape Feeder oder dem Aufstellen und Einstecken von Kleinstwellen in Präzisionshalterungen. Die präzisen Greifer können selbst Stanzteile schnell und einfach wenden. Dies ist gerade bei dem Pilotprojekt zum Einsatz in der Fertigung von kleinen Teilen für Dentalwerkzeuge wichtig. Die Zykluszeit von Teileerkennung, Aufgreifen und Ablegen liegt bei 1,0 Sekunden.
Die Pick-and-Place-Anlagen von iTech Engineering arbeiten völlig autark und können auch in ein übergeordnetes Produktionssystem eingebunden werden. Dafür sorgt der integrierte PC, auf dem die leistungsstarke Vision-Software in Sekundenbruchteilen zuverlässig Bilddaten auswertet. Je nach Anwendungsanforderungen enthält die integrierte Datenbank beliebig viele frei programmierbare Bearbeitungsabläufe. Auf der Hardware-Seite erhöhen präzise Magnet-Verschlüsse zum Befestigen der unterschiedlichen Greifwerkzeuge die Umrüstgeschwindigkeit.
Mit VisionPro als intelligentem Bilddaten-Beschleuniger an Bord ist das iPlace 300 darüber hinaus in der Lage, mittels optionaler Teileprüfstation auch die Qualität von Kleinteilen exakt zu beurteilen. Das mächtige Vision-Softwarepaket bringt die Erfahrung aus weltweit mehr als 450 000 realisierten Anlagen ein. Seine umfangreiche Werkzeug-Bibliothek optimiert die Bilder schon vor der endgültigen Bildanalyse. Unter anderem gleicht PatMax präzise Muster ab, IDMax erkennt selbst schlechte Data-Matrix-Codes, umfangreiche Farb-, Mess- und Bildverarbeitungs-Werkzeuge optimieren und verarbeiten die Aufgaben schnell und exakt.
Diese Pick-and-Place-Anlage reduziert die Lieferzeiten – dank ihres intelligenten, modularen Aufbaus sowie der Flexibilität der Vision-Technologie – und senkt letztendlich damit Kosten. Störungssicher durch hohe Qualität in Soft- und Hardware sorgt sie für reibungslose Abläufe in der Herstellung und Weiterverarbeitung von Mikroteilen.
Ralf Baumann Fachjournalist in Karlsruhe
Komplexe Vision-Fähigkeiten
In der Vergangenheit basierte in der Bildverarbeitung die Lokalisierung von Objekten oder Kanten auf der so genannten Grauwert-Korrelation. Bei diesem Analyseverfahren werden die Graustufen der Bildpixel mit dem Reverenzobjekt verglichen und daraus die Position berechnet. Dieses Verfahren stößt sehr schnell an die Grenzen seiner Möglichkeiten, wenn hohe Präzision gefragt ist und Einflüsse wie Rotation, Skalierung oder schwankende Beleuchtungs- und Kontrastverhältnisse zu bewältigen sind.
Die patentierten Verfahren der Vision-Software PatMax von Cognex verwenden im Gegensatz zur Grauwertkorrelation die geometrischen Grundstrukturen von Objekten (ähnlich der CAD-Konstruktion) in einem dreistufigen Verfahren. Zuerst werden die wichtigsten Einzelmerkmale eines Objektes wie Kanten, Abmessungen, Formen, Winkel, Bögen und Schattierungen isoliert identifiziert. Die räumlichen Verhältnisse zwischen diesen zentralen Merkmalen des eintrainierten Bildes werden mit dem Echtzeit-Bild verglichen. Aus der Analyse der geometrischen Informationen wird dann die Position des Objektes eindeutig und mit hoher Genauigkeit bestimmt. Merkmale wie Konturen mit geringem Kontrast lassen sich dadurch wesentlich zuverlässiger, genauer und schneller erkennen.
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