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Einsatz von Bildverarbeitung gewährleistet präzises Schweißen

Einsatz von Bildverarbeitung gewährleistet präzises Schweißen

Eine Tankschweißanlage der Firma BF-Maschinen erfüllt höchste Anforderungen der Automotive-Branche, dank eines Bildverarbeitungssystems von FRAMOS. Dieses optische Stereosystem sorgt beim Schweißvorgang für die optimale Positionierung der zu verbindenden Bauteile.
Die Anforderungen an die Produktionsqualität in der Automotive-Branche wachsen unaufhörlich. Ressourceneffizienz zu erhöhen und Fehlerquoten zu senken ist das Gebot der Stunde. Damit wachsen auch die Chancen für neue Qualitätssicherungssysteme mit höherer Zuverlässigkeit, wie sie von FRAMOS Imaging Solutions entwickelt werden.
Eine neue Anwendung aus der Kombination von Digitalkameras und Lasertechnik kommt jetzt bei der Fertigung von Tanksystemen für Pkw zum Einsatz: Die jüngste Generation von Tankschweißanlagen der BF-Maschinen GmbH im oberbayerischen Geretsried wird nun mit einem FRAMOS-System ausgestattet, das beim Zusammenfügen von Tankbehälter und Einfüllrohr auf maximale Präzision achtet.

Abb. 1: Detailansicht einer Laserprojektion auf den zu vermessenden Flansch und den danebenliegenden Sensorkopf der Gegenseite.
Abb. 2: Schematische Darstellung der Messkonfiguration. Die Lage der Flanschebenen im Raum wird durch je einen Sensorkopf gemessen und auf Parallelität geprüft.
Seit 1994 liefert BF-Maschinen weltweit Sondermaschinen an Industriebetriebe und ist sogar in der internationalen Raumstation ISS damit vertreten. Das Unternehmen genießt hohes Ansehen für seine innovativen Produkte und Herstellungsverfahren.
Auch beim Verschweißen von Coex-Blasformteilen ist BF auf dem neusten Stand – mit den entsprechend anspruchsvollen Aufgaben in der Produktion. „Die Herausforderung bei diesem Tank-Schweißverfahren resultiert hauptsächlich aus der Verwendung von Mehrlagenkunststoffen“, weiß Dr. Simon Che’Rose, Entwicklungsleiter bei FRAMOS. „Beim Anschmelzen beider Bauteile während des Schweißvorgangs dürfen bestimmte Schichten (EVOH-Schicht/Trennschicht) nicht beschädigt werden, um nach der Verbindung zuverlässige Dichtheit zu gewährleisten.” Das passgenaue Aufeinandertreffen der Teile in absoluter Parallelität ist Voraussetzung dafür.
Durch den kalibrierten Verbund aus einer hochwertigen industriellen Kamera von SMARTEK Vision und eines Lasers, welcher ein Lichtkreuz auf die jeweilige Flanschfläche projiziert, hat FRAMOS ein aktives Stereosystem zur optischen Verkippungskontrolle entwickelt. Abweichungen der Parallelität der zu verschweißenden Flächen werden  gemessen und an die  Anlagensteuerung  kommuniziert. „Das optische System misst die Lage im Raum der relevanten Flanschflächen. Bei einer Verkippung eines Bauteils, wird die Abweichung des Messwerts zu einem vorgegebenen Sollwert an die Anlagensteuerung kommuniziert“, erläutert Sebastian Stelting, Entwicklungsingenieur bei FRAMOS, das Verfahren.

Abb. 3: Die graphische Oberfläche der Inspektionssoftware. Neben den Realansichten (Bilder oben), werden die Messbilder (unten) mit den detektierten Laserpunkten sowie eine Messergebnistabelle (rechts) angezeigt.
Die Toleranz ist äußerst gering. Theoretisch könnten sich beide Bauteile mit ihren jeweiligen Abweichungen vom Optimum innerhalb der zulässigen Grenzwerte befinden, die Summe der Abweichung aber dennoch eine nicht tolerierbare Qualitätsstörung ergeben. „Wir haben hier jede Menge Intelligenz in das System gepackt, um bestmögliche Ergebnisse zu erzielen und gleichzeitig die Steuerung der Qualitätsparameter ganz in der Hand des Kunden zu lassen“, so Dr. Che’Rose.
Zusätzliche Kameraaufnahmen verstärken noch die Qualitätssicherung. Ihre Bilder dokumentieren bei jedem Schweißvorgang sowohl die Flanschflächen unmittelbar nach dem Aufwärmen wie auch die Schweißwulst nach dem Fügen der Bauteile. „Damit“, sagt Dr. Che‘Rose, „machen wir für jeden Tank die Fertigungssituation sichtbar und rekonstruierbar.“ Durch intelligente Nutzung der Prüfkameras auch für diesen Zweck sind insgesamt nur drei Kameras für eine Schweißstation erforderlich.
Mittlerweile befinden sich bereits mehrere Systeme bei Endkunden in der Fertigung im Einsatz und erfüllen die in sie gesetzten Erwartungen einer reduzierten Fehlerquote und einer präziseren Fertigung. „Wir gehen davon aus“, sagt Dr. Che’Rose, „dass dieser Anwendung noch eine Vielzahl weiterer folgen werden. Die wachsenden Anforderungen für die Zulieferindustrie, und dies nicht nur im Automotive-Bereich, werden den Bedarf an optischen Systemen zur Qualitätssicherung weiter steigern lassen. Mit der uns verfügbaren, bewährten Technik können wir schnell und verlässlich Lösungen für dieses Aufgabengebiet entwickeln und liefern.“ Download Artikel (pdf) Veröffentlichung:InspectIMVEOpli.NetElektrotechnikElektroautomation (pdf)Machine Vision 4 UsersAutomationspraxisOptik & Photonik (S.16)Vision Systems DesignwireAktiv Verzeichnis

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