Qualitätssicherung Effiziente Pin-Inspektion mit Spiegeloptik Vorgestellt wird eine kostenoptimierte optische Lösung zur Vermessung von Steckerkontakten. Die Stiftspitzen müssen enge Lagetoleranzen einhalten, damit Stecker und Buchsen korrekt verbunden werden können. Bild 1: Draufsicht und Schrägansicht in einer Aufnahme – der Messaufbau mit Spiegelbaugruppe bringt präzise Ergebnisse in kürzester Zeit Bi-Ber GmbH & Co. Engineering KG sales@bilderkennung.de www.bilderkennung.de Die xy-Positionsmessung von Steckerstiften (Pins) ist eine häufig nachgefragte Messaufgabe für Vision- Systeme. Speziell in der Automobil- und Elektronikindustrie sind hohe Stückzahlen zu prüfen. Wo früher Steckverbinder stichprobenartig manuell durchgetestet wur den, gibt es heute bereits verschiedene Ansätze, das mit Bildverarbeitung präzise und vor allem 100-prozentig umzusetzen. Der Integrator Bi-Ber schwört auf einen einfachen Systemaufbau, den er flexibel und wirtschaftlich für unterschiedliche Steckergeometrien und -größen anpasst und umsetzt. Messaufbau mit Standardkomponenten Eine Kamera mit telezentrischem Objektiv blickt vertikal auf die Spitzen der Kontaktstifte. Lichtreflexionen lassen die Stiftspitzen dabei deutlich hervortreten. Über einen geteilten Spiegel werden die Pins zusätzlich unter einem 25°-Winkel aufgenommen. Ein angeschlossener, lüfterloser Mini-PC mit applikationsspezifischer Bi-Ber-Software detektiert anhand einer Graustufenauswertung die Stiftspitzen und misst ihre Position in x- und y-Richtung in Relation zum Steckerkörper – die sogenannte Taumelkreisprüfung. Des Weiteren erfasst das Inspektionssystem die korrekte Lage des Steckers in der Prüfteilablage. Schräge Aufnahme über Spiegel Die zusätzliche schräge Aufnahme über Spiegel erlaubt eine zweite, redundante Messung, um die Zuverlässigkeit des Ergebnisses weiter zu erhöhen. Spezielles Know-how ist dafür nötig, den optimalen Strahlengang zu berechnen und die Spiegelbaugruppe so auszulegen, dass die beiden Perspektiven innerhalb eines Sichtfelds und in der gleichen Schärfeebene liegen. Der Bildverarbeitungsrechner hat daher nur eine Aufnahme aus zuwerten, und jegliche mechanischen Fehlerursachen wie Positionsverschiebungen zwischen mehreren Aufnahmen sind ausgeschlossen. Korrekte Erfassung der Referenzpunkte Herausfordernd ist außerdem auch die korrekte Erfassung der Referenzpunkte. Der in Spritzguss um die Pins herum gefertigte Steckerkörper besteht aus Kunststoff. Schwache Kontraste erschweren es, die Gehäusekanten fehlerfrei zu erkennen. Dennoch erreicht Bi-Ber mit einem LED-Ringlicht und einem kostengünstigen Standard- 5-MP-Bildsensor robuste Messergebnisse. Je nach Bedarf legt Bi-Ber die Optik für unterschiedliche Steckertypen spezifisch aus. Toleranzen werden jeweils vom Kunden vorgegeben. In der Beispielanwendung aus Bild 1 haben die einzelnen Stiftspitzen jeweils eine Lagetoleranz von ±0,15 mm in x- und y-Richtung und die Auflösung liegt bei ca. 11 μm/Pixel. Schnelle Auswertung Das Startsignal für die einzelnen Messungen gibt die SPS des Rundschalttischs. Für die Aufnahmen müssen die Bauteile kurz in einer Position verharren. Die typischen Taktzeiten von Rundschalttischen in dieser Anwendung sind dabei mehr als ausreichend. Der Bildverarbeitungsrechner übermittelt inner- Bild 2: Mithilfe zweier Planspiegel lassen sich in einer Aufnahme zwei Ansichten des Steckerbilds aus unterschiedlichen Perspektiven erzeugen und die Stiftspitzen zuverlässiger erfassen und vermessen 42 PC & Industrie 10/2022
Qualitätssicherung Bild 3: Die Taumelkreisprüfung wird auch grafisch sowie in der Trendbeobachtung dargestellt, was einen engen Regelkreis bei der Optimierung der Spritzgussfertigung der Steckerkörper ermöglicht halb von 1 s das Gesamtergebnis inklusive Gut- bzw. Schlechtsignal an die Anlagensteuerung, sodass Schlechtteile direkt ausgeschleust werden können. Die xy-Koordinaten je Einzelpin werden grafisch und numerisch angezeigt und ausgegeben. Es erfolgt auch eine fortlaufende Trendbeobachtung, die Rückmeldungen an die Spritzgussanlage und kontinuierliche Verfahrensoptimierungen im engen Regelkreis ermöglicht. Die Ergebnisse jeder Messung werden in Diagrammen als zeitlicher Verlauf dargestellt. Darüber hinaus kann das System Trendkurven, Mittelwerte sowie Streuungen über die 50 letzten Teile ausgeben. Die optische Prüfung, ob die Stecker die physischen Anforderungen erfüllen, ist nur einer von mehreren Kontrollschritten, die an dieser Station ausgeführt werden. So finden an dem Rundschalttisch zum Beispiel auch elektrische Tests statt. Bi-Ber führt seinen Messaufbau dementsprechend so aus, dass er nur wenig Platz einnimmt und sich flexibel in die Anlage integrieren lässt. Im Vergleich mit 3D, künstlicher Intelligenz und anderen Alternativen Jürgen Fikau, Projektleiter Applikation bei Bi-Ber, beschreibt die Bild 4: Bi-Ber ermittelt die geeigneten Bezugskanten einzeln für jedes Steckermodell, sodass im Produktionsalltag auch bei Fertigungstoleranzen robuste Messergebnisse erreicht werden Vorteile seines Systems zur Pin- Positionsmessung: „Wir haben den Nachweis der Messmittelfähigkeit für unseren einfachen Aufbau ohne bewegte Teile und ohne Spezialkomponenten erbracht. Wenn es lediglich darum geht, die korrekte Lage der Pinspitzen zu überprüfen, ist es eine überaus wettbewerbsfähige Lösung. 3D-Profilsensoren sind dafür nicht erforderlich, können jedoch sinnvoll sein, wenn ein Kunde zusätzliche Daten benötigt, speziell die Höhe der Steckerstifte. Abgesehen vom hohen Hardwarepreis ist das Vermessen metallisch glänzender Pinspitzen allerdings Wer schreibt: auch nicht die einfachste Anwendung für Laser-Profilsensoren und erfordert eine sehr genaue Abstimmung aller Komponenten durch Bildverarbeitungsspezialisten. Auch bei der Beleuchtung erreichen wir mit Standardkomponenten optimale Ergebnisse. Das senkt gegenüber Speziallösungen die Kosten und bedeutet, dass das Ringlicht bei Bedarf unkompliziert zu ersetzen ist. Wir kommen ohne eine aufwändige optische Einkopplung der Beleuchtung aus – ohne Strahl teiler, was wiederum den Wartungsaufwand senkt, da solche Komponenten schnell verschmutzen. Neuerdings werden auch KI-Systeme für die Pin-Inspektion beworben; diese Ankündigungen sind mit Vorsicht zu genießen. Es geht ja um eine Vermessung und nicht um die Prüfung anhand von Mustern. Wenn also in diesem Zusammenhang das Schlagwort Künstliche Intelligenz verwendet wird, dann wohl vorrangig um Aufmerksamkeit zu generieren. Keinesfalls sehe ich das als die nächste Stufe der Entwicklung für die Pin-Inspektion.“ Ausblick Das Bildverarbeitungssystem für die Pin-Positionsmessung wird anwendungsspezifisch für spezielle Steckergeometrien konfiguriert. Der Integrator Bi-Ber übernimmt das gesamte Einlernen, Festlegen der Referenzkoordinaten und Parametrieren des Systems und gewährleistet damit die zuverlässige Funktion nach Inbetriebnahme. Das Unternehmen hat mit seinen bisherigen Kundensystemen bereits umfassende Vorar beiten geleistet. Auch die Softwareparametrierung lässt sich schnell für neue Anwendungen und entsprechend Kundenwünschen anpassen. Es lassen sich zudem weitere Prüfaufgaben ergänzen. So hat Bi-Ber bereits kombinierte Inspektionssysteme für die Pin-Positionsmessung und Prüfung auf Überspritzungen umgesetzt. ◄ Die Bi-Ber GmbH & Co. Engineering KG entwickelt und fertigt Bildverarbeitungssysteme für die produktionsbegleitende Qualitätskontrolle. Das Leistungsspektrum umfasst die Konstruktion von Hardwarekomponenten, Vor-Ort-Montage, Inbetriebnahme und Justage von Systemen sowie das Erstellen applikationsspezifischer Softwarelösungen. PC & Industrie 10/2022 43
