Mit 3D sieht man besser

Bildverarbeitung

Kameras - 2D-Kamerasysteme geraten an ihre Grenzen, wenn sie auf stark reflektierenden Flächen Verschmutzungen von mechanischen Defekten unterscheiden sollen. Varta Consumer Batteries hat im Prüfprozess daher die dritte Dimension gewählt.

12. Dezember 2012

Schnelligkeit ist Trumpf in der Batterieherstellung. Varta Consumer Batteries fertigt am Standort Dischingen mit 350 Mitarbeitern bis zu 1Milliarde Gerätebatterien für ganz Europa. Technologievorsprung bedeutet für das Unternehmen Standortsicherung.

Die Grundlage hierfür bilden laut Varta sehr hohe Automatisierungs- und Wirkungsgrade der Anlagen, gewachsenes Know-how von hoch qualifizierten Mitarbeitern und damit einhergehend eine hohe Flexibilität, um auf Kundenwünsche schnell reagieren zu können. Das Zünglein an der Waage des Wettbewerbs ist die Produktqualität. Die Schnittstellen zum Energieübertrag, Plus- und Minuspol, dürfen eng gesteckte Toleranzgrenzen nicht verlassen. Treten mechanische Fehler und Mängel in der Performance auf, bleibt der Weg in die Welt der mobilen Elektrogeräte versperrt. Doch Fehler zu erkennen, ist nur eine Seite der Medaille.

Die große Herausforderung besteht darin, auch den Anteil des Pseudo-Ausschusses so niedrig wie möglich zu halten. Gelungen ist dies Varta Consumer Batteries in mittlerweile sieben Produktionslinien durch Vision-Systeme des Systemintegrators aku.automation aus Aalen. Mit der Bildverarbeitungssoftware Vision Pro von Cognex und Smartray-3D-Kamerasystemen schaffen sie die perfekte Balance aus 100-prozentiger Fehlererkennung und minimalem Auswurf von vermeintlich mangelhaften Gutteilen.

Kleiner großer Unterschied

Obwohl sich das Augenmerk der Konsumenten in erster Linie auf die Etikettierung einer Gerätebatterie richtet, entscheiden ihr Innenleben und die beiden Pole über die Produktqualität. Die elektrische 100-Prozent-Prüfung auf offene und Null-Spannung sowie auf belastete Spannung gehört seit Jahren zum Standard. Anders die optische Prüfung. Bis zur Einführung industrieller Bildverarbeitungssysteme, lag das Erkennen möglicher mechanischer Defekte in der Verantwortung des menschlichen Auges.

Im Jahr 2010 lösten dann erste 2D-Kamerasysteme die chargenweise manuelle Aufsichtprüfung durch Mitarbeiter ab. Die 2D-Systeme waren zwar in der Lage, Qualitätsmängel durch Verschmutzungen und mechanische Deformationen, zu erkennen, doch gerade die neu gewonnene Prüfpräzision rief ein neues Problem ins Leben: Der Anteil des Pseudo-Auswurfs der als fehlerhaft deklarierten Gutteile fiel mit acht bis zehn Prozent deutlich zu hoch aus. Bereits kleinste Verschmutzungen, die weder Performance noch Optik der Batterie beeinträchtigten, bewerteten die 2D-Systeme als Mängel. Deutliche Grenzen setzten ihnen das anspruchsvolle Relief der Batteriepole und die damit verbundene Vielfalt auftretender Reflexionen.

Abhilfe schaffte das Systemhaus aku.automation durch ein 3D-Kamerasystem von Smartray in Kombination mit der Vision-Software von Cognex Vision-Pro 7.0. Mittels der neu hinzu gewonnenen dritten Dimension fällt es dem System leicht, zwischen Verschmutzung und mechanischer Deformationen zu unterscheiden.

Leistung ohne Limit

Maßgeblich zum Erfolg der optischen Prüfstation mit 3D-Sensoren und Cognex Vision-Pro beigetragen haben im Vorfeld der Inbetriebnahme ausgiebige Tests. Hinzu kam der Aufbau eines umfangreichen Grenzmusterkatalogs. Hierbei spielte Vision-Pro seine aus weltweit in einer Vielzahl unterschiedlichster Applikationen gewonnenen Stärken aus. Die Unterscheidung zwischen Verschmutzungen und mechanischen Defekten gelingt bei Varta unter anderem mit Histogramm- und Blob-Auswertung.

Eine vor allem für High-Speed-Anwendungen herausragende Stärke von VisionPro ist seine Multiprozessorfähigkeit. Sie erlaubt es Anlagen, sich der vollen Leistung moderner Multicore-Computer zu bedienen. Die Prüfanlagen stellen so die Ergebnisse der optischen Inspektion innerhalb von nur 0,06 Sekunden der SPS zur Verfügung. Damit sorgt diese nahezu in Echtzeit im Anschluss dafür, dass Fehlteile zuverlässig aus dem Prozess ausgeschleust werden.

Raum für Erfolg

Aku.automation verbindet in den neuen Prüfstationen die Stärken von 2D- und 3D-Systemen. Die 2D-Kameras mit klassischer Dombeleuchtung identifizieren mit enger gesetzten Toleranzgrenzen Verschmutzungen besser als bisher, während die 3D-Systeme zuverlässig mechanische Deformationen erfassen. Dabei hat die Kombination beider Systeme den Raumbedarf für den Gesamtaufbau der Prüfstation nicht vergrößert. Zwei der einst vier 2D-Kameras und der Laserabstandssensor konnten eingespart und durch zwei 3D-Systeme ersetzt werden.

Für Varta Consumer Batteries bedeutet die hinzu gewonnene hundertprozentige Prüfqualität ein gesteigertes Qualitätsimage und ist zusätzliches Argument in einem heiß umkämpften Wettbewerb. Letztendlich trägt die minimierte Ausschussrate auch zur nachhaltigen Sicherung des Standorts Deutschland bei.

Erschienen in Ausgabe: Industrie Handbuch/2013