Motoren für Automobile sind auf höchstem technischen Niveau entwickelte Systeme – und für die Funktion des Gesamtprodukts essenziell. Aus diesem Grund kommt es auf jedes einzelne Bauteil eines Antriebsaggregats an: Alle Komponenten müssen exakt den Vorgaben entsprechen und korrekt integriert sein, um über die erwartete Lebensdauer hinweg fehlerfrei zu funktionieren. Das gilt natürlich auch für Ventilatoren in den Motoren, die für deren nötige Kühlung sorgen. Beim Ausfall dieser Bauteile kann es zur Überhitzung des Antriebsblocks und im schlimmsten Fall zu einem Motorschaden kommen, was nicht nur für den Fahrer ärgerlich und teuer ist, sondern auch den Ruf einer Marke schädigen und dadurch zu Umsatzeinbußen führen kann.
Spezialist für vielfältige Automotive-Komponenten
Einer der weltweit führenden Hersteller von Automotive-Komponenten beliefert nahezu alle großen Automobilhersteller mit seinen Technologien. Sowohl für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren als auch im Bereich der Elektromobilität deckt sein Produktportfolio praktisch alle erforderlichen Segmente ab und umfasst Lösungen vom eigentlichen Antrieb bis hin zu Batteriesystemen und Ladestationen. Im Segment „Temperaturmanagement“ des amerikanischen Konzerns sind dabei auch Ventilatoren für große Motoren, unter anderem für Lkw, Baumaschinen und sonstige Nutzfahrzeuge, Teil des Angebots. Seit Anfang 2024 sorgen Bildverarbeitungssysteme von Vision On Line an vier Prüfstationen für eine zuverlässige und wirtschaftliche Qualitätskontrolle dieser Ventilatoren.
„Der Automobilzulieferer hatte das Ziel, den Automatisierungsgrad seines Produktionsprozesses zu erhöhen und den Kunden nur garantiert einwandfreie Ventilatoren für den späteren Einbau in Motoren zu liefern. Denn damit lassen sich mögliche hohe Folgekosten im Fehlerfall vermeiden“, erinnert sich Andreas Schaarschmidt, Geschäftsführer von Vision On Line. Das Unternehmen aus Langenselbold ist auf bildverarbeitungsbasierte Automatisierung spezialisiert und liefert schnelle und zuverlässige Inspektionslösungen. Es hat Erfahrungen beim Einsatz von Künstlicher Intelligenz, Industrierobotern und Cobots und schafft auf dieser Grundlage leistungsfähige Lösungen für Handling, Inspektion und Montage.
„Für die Realisierung der erforderlichen Bildverarbeitungs (BV)-Systeme suchte der Automotive-Spezialist einen erfahrenen Partner. Wir hatten das Unternehmen schon bei früheren Projekten erfolgreich unterstützt, daher waren wir mit den Vorstellungen und Prozessen des Herstellers bestens vertraut und konnten in wenigen Monate eine leistungsfähige Lösung erstellen, die allen Vorgaben entsprach.“
Hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit nötig
Die BV-Systeme von Vision On Line wurden im Produktionsablauf der Ventilatoren nach deren Herstellung in vier Anlagen integriert, auf denen die Bauteile ausgewuchtet werden. Nach dem Einlegen eines Prüflings detektiert das integrierte Vision-System zunächst ein metallisches, schwarz lackiertes Metallteil, auf dem ein Data Matrix-Code die Informationen zum vorliegenden Ventilatoren-Modell enthält. Sobald das BV-System diese Angaben auf dem zentral angebrachten Metallteil gelesen hat, werden sie an das interne PC-basierte Steuerungssystem des Herstellers kommuniziert, um die Soll-Werte des zu untersuchenden Ventilators abzurufen.
Im nächsten Schritt überprüft das BV-System eine Reihe von Merkmalen der Bauteile auf Einhaltung der Spezifikationen. Unter anderem untersucht es dabei die korrekte Anzahl und die geometrischen Abmessungen der einzelnen Ventilatorenblätter. Für ein optimales Laufverhalten der fertigen Ventilatoren ist es wichtig, dass dabei auch Überspritzungen oder fehlendes Material zuverlässig und mit einer Genauigkeit ± 1 mm erkannt werden.
Die gemessenen Daten werden anschließend mit den Vorgabewerten der zentralen Steuerung abgeglichen. Der geprüfte Ventilator kann bei Einhaltung aller spezifizierten Parameter in den nächsten Schritten statisch gewuchtet und zum späteren Einbau in die Motoren an die Kunden geliefert werden. Fehlerhafte Bauteile werden aus dem Prozess genommen und je nach Fehlerart nachbearbeitet oder entsorgt.
Komplexe Aufgabenstellung erfordert optimal konzipierte Bildverarbeitung
Die Aufgabenstellung für Vision On Line war umfangreich: Zum einen gab es bei diesem Hersteller zuvor keine Anlage, auf der solche Ventilatoren automatisiert geprüft wurden und die möglicherweise nur zu optimieren gewesen wäre. Zum anderen bedingten die Prüfteile eine exakt zugeschnittene Auslegung des BV-Systems, da die Ventilatoren mit Durchmessern bis zu 800 Millimetern ein relativ großes „Field of View“ notwendig machten. „Die geforderte Genauigkeit konnten wir nur durch die Auswahl einer großen, leistungsfähigen Auflichtbeleuchtung von Büchner und einer hochauflösenden 20 MPixel-Kamera von SVS-Vistek mit der passenden Optik von OPT erreichen“, erläutert Schaarschmidt. Die Auswertung der aufgenommenen Bilder läuft nach seinen Worten über die Software-Bibliothek „Halcon“ von MVTec ab.
Ein entscheidender Faktor des finalen BV-Systems war in dieser Applikation die Beleuchtung, für die Vision On Line ein kundenspezifisches Modell der „TLS“-Serie von Büchner Lichtsysteme aus Welden auswählte. Diese Auflicht-Flächenbeleuchtungen arbeiten mit direktem oder diffusem Licht, sind in den Lichtfarben Blau, Grün, Rot, Weiß und Infrarot erhältlich und erlauben bei Bedarf mehrere Kameradurchbrüche. Wichtig für die Anwendung war zudem, dass die Abmessungen der Leuchtfläche in 20 mm-Schritten auf bis zu 2 m x 3 m gewählt werden können. Je nach Aufgabenstellung werden TLS-Beleuchtungen in einem sehr kleinen Raster mit geeigneten LEDs für maximale Intensität und Homogenität bestückt.
Büchner Lichtsysteme, gegründet im Jahr 2000 und hervorgegangen aus dem Ingenieurbüro Büchner, hat sich von Beginn an auf die Entwicklung und Fertigung von hochqualitativen LED-Beleuchtungen für die industrielle Bildverarbeitung (IBV) konzentriert. Für die Ventilator-Inspektion fertigte Büchner eine TLS-Variante mit einer Leuchtfläche von 600 mm x 600 mm und insgesamt 3500 blauen LEDs mit einer elektrischen Leistung von 177 Watt an, die im Blitzbetrieb theoretisch mit Strömen von bis zu 112 Ampere gefahren werden kann. Für die optimale Gestaltung der Beleuchtung wurde zudem eine spezifische Halterung konstruiert, die den Einbau der ausgewählten Kamera in den Kameradurchbruch der Beleuchtung erlaubt.
Wichtige Grundlage der Gesamtlösung: die Industriekamera
Bei der Auswahl der geeigneten Kamera vertraute Schaarschmidt auf seine langjährigen Erfahrungen mit SVS-Vistek: „Wir haben in der Vergangenheit bereits sehr oft Industriekameras dieses Partners in unsere Systeme integriert. Durch die Produktion der Kameras in der hauseigenen Fertigung von SVS-Vistek in Gilching können wir uns zudem auf eine zuverlässige Lieferung der bestellten Komponenten verlassen, was gerade im Projektgeschäft ein wichtiges Argument ist.“ Als Hersteller hochwertiger Industriekameras verfügen die Gilchinger seit mehr als 35 Jahren über großes Know-how in der industriellen Bildverarbeitung.
Für die Prüfung der Ventilatoren des amerikanischen Herstellers kommt das Modell „exo183MGE“ zum Einsatz, das unter anderem aufgrund der hohen Auflösung von 20 Megapixel und einer Datenrate von bis zu 120 MB/s über die integrierte „GigE“-Vision-Schnittstelle für diese Anwendung besonders geeignet ist. Der integrierte 4-Kanal-Power-Strobe-Controller dieser Kameras erlaubt eine zeitgenaue Ansteuerung der LED (light-emitting diode)-Beleuchtung – ein weiterer Pluspunkt, da auf diese Weise kein sonst üblicher externer Controller erforderlich ist und die Gesamtkosten für das BV-System somit reduziert werden konnten.
Produktivität der Ventilatorenherstellung deutlich gesteigert
Auf Basis von genau auf die Aufgabenstellung angepassten Machbarkeitsstudien stellte Vision On Line im Vorfeld sicher, dass die ausgewählten BV-Komponenten in dieser Anwendung für optimale Ergebnisse sorgen. Zudem unterstützten die Vision-Experten den Ventilatorenhersteller bei der Integration des Vision-Systems in die Anlage und der Programmierung.
Eine weitere Herausforderung für den Systemintegrator bestand darin, das BV-System in das interne PC-basierte Steuerungssystem einzubinden, um die Ergebnisse der Vision-Inspektionen nahtlos innerhalb der Anlage nutzen und dokumentieren zu können.
Mit vier noch im Jahr 2024 in Betrieb genommenen Inspektionsanlagen konnte der US-Konzern seine Produktivität bei der Fertigung von Ventilatoren signifikant steigern. Auftretende Fehler an den Bauteilen lassen sich jetzt viel schneller und zuverlässiger identifizieren. Aufgrund dieser positiven Ergebnisse ist das Unternehmen nach Schaarschmidts Worten derzeit für mehrere Unternehmensstandorte dabei, weitere Prozesse zur Qualitätsprüfung anderer Produkte zu überdenken und mit Bildverarbeitungslösungen von Vision On Line aufzurüsten.
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