Komplex und effizient: 3D-Greifsystem beim Aufnehmen des geschweißten Pkw-Seitenteils. Integriert

Komplex und effizient: 3D-Greifsystem beim Aufnehmen des geschweißten Pkw-Seitenteils. Integriert ist das 3D-Vision-System von Cognex. (Bild: KWD Automobiltechnik / Cognex)

Wenig mehr als eine halbe Minute braucht eine Schweißanlage der KWD Automobiltechnik GmbH für die Fertigung eines Pkw-Seitenteils. Den dazu notwendigen Pick-and-Place-Prozess steuert ein 3D-Vision-System von Cognex.


von Ralf Baumann

Karlsruhe (rm). Es unterstützt den effizienten, schnellen Transport und die sichere Qualitätsprüfung von Roh- und Fertigteil aus Stahlblech. Zur Arbeitsfolge zählen Prüfen, Aufnehmen, Ablegen in der Schweißstation, erneutes Aufnehmen und Ablegen zur Prüfung. In der Schweißanlage wirken die intelligente 3D-Bildverarbeitung von Cognex, Robotik von Kuka und maschinenbautechnische Lösungen von W-Plan zusammen.

Der per 3D-Bildverarbeitung gesteuerte Pick-and-Place-Prozess übernimmt sowohl den Transport als auch die Qualitätsprüfung von Roh- und Fertigteilen. Das Vision-System VisionPro 3D von Cognex erkennt dabei die Lage und mögliche Verdrehungen der Seitenteile im Zuliefer-Rack und leitet die Daten an die Robotersteuerung weiter. Diese passt die Greiferbewegung in Echtzeit an die Ist-Position der Teile an. Resultat ist eine laut KWD eine höhere Produktqualität gegenüber der Prüfung mit dem menschlichen Auge. Der Maschinenführer kann sich auf die Anlagensteuerung konzentrieren und das  lagerichtige Zuführen und Entnehmen der Teile den Systemen der Schweißanlage überlassen.

Je nach Anforderung des Arbeitsschritts nehmen Einzel- oder Stereokameras die relevanten Bildsektoren auf. Die Vision-Software mit zuverlässigen und präzisen Bildverarbeitungsalgorithmen stellt die 3D-Positionsdaten in Echtzeit bereit. Das intelligente Vision-System setzt für den geometrischen Mustervergleich unterschiedliche 2D-Werkzeuge aus einer umfassenden Bibliothek ein, darunter die Bildverarbeitungs-Software PatMax. Präzise Kalibrierwerkzeuge kompensieren optische Verzerrungen und synchronisieren die Kameras mit den fließenden Bewegungen der komplexen Robotergreifer.

Im ersten Arbeitsschritt positioniert sich Roboter 1 mit Greifer und integriertem Vision-System vor dem Bauteilmagazin, in dem die Kleinteile als Stapel waagrecht angeordnet sind. Er misst die Teileposition und greift präzise und lagerichtig die Einzelteile. Zunächst werden die Teile mittels Vakuum angesaugt, ehe Stifte in Passungen einfahren und damit die Bleche fixieren.

Gleichzeitig positioniert sich Roboter 2 mit seinem 2-Seiten-Greifsystem und ebenfalls integrierter 3D-Vision-Technik vor dem Transport-Rack, in dem er die Großteile als Stapel senkrecht angeordnet vorfindet. Roboter 2 prüft die Position der Transportverriegelung, misst die exakte Teileposition und nimmt die Komponenten lagerichtig auf. Anschließend fahren beide Roboter zur Einlegestation, einem Drehtisch, und legen die Teile positionsgerecht in logischer Reihenfolge ab.

Nach dem  Schweißprozess des Punktschweißroboters führen die Roboter 1 und 2 eine optische Schweißpunktprüfung durch. Inspiziert werden Anzahl und Lagerichtigkeit der Schweißpunkte. Das 3D-Vision-System prüft, ob die Schweißpunkte in den vordefinierten Feldern angebracht wurden. Anhand der Parameter der Schweißsteuerung untersucht die Anlage, ob die jeweiligen Wurzeln  der Schweißpunkte korrekt sind.

Die gewonnenen Prüfdaten werden archiviert und die  Bilder den entsprechenden Parametern zugeordnet. Auf diese Weise gelingt eine lückenlose Rückverfolgbarkeit und ein dokumentensicherer Qualitätsnachweis, so Cognex. Im letzten Arbeitsschritt entnimmt Roboter 2 das fertig geschweißte Bauteil und legt es in das Transportgestell für Fertigteile ab. Ist die geforderte Stückzahl der Fertigteile im Transportgestell erreicht, erfolgt ein Signal an die Transportlogistik, die das volle Transportrack abholt und ein leeres Rack anliefert.

Neben der Produktkontrolle übernimmt die Schweißanlage auch das Prüfen vordefinierter Anlagensektoren. Das Vision-System inspiziert dazu eine Reihe von Initiatoren und Endlagen, wie beispielsweise die Spanner der Schweißstation. Auch die Transportklinken der Behälter werden kontrolliert, ob sie offen oder geschlossen sind.

Besonders wichtig bei der Implementierung des 3D Vision-Systems war die Beleuchtung. Denn die Einzelkomponenten der Seitenteile nehmen in den Transportracks keine definierte Position ein und können sich innerhalb bestimmter Grenzen verdrehen oder kippen. Daraus resultiert ein ständig wechselndes Reflexionsverhalten des blanken Metalls der Pkw-Bleche. Gelöst wurden diese Gegebenheiten mit einer Umhausung mit weißen Innenwänden, über die weißes Licht mit möglichst großen Einstrahlwinkeln homogen auf die Metallteile trifft.

Nach einem rund neunmonatigen Entwicklungs- und Inbetriebnahmezeitraum läuft die Anlage nun im Dreischichtbetrieb mit voller Leistung, wie KWD berichtet. In zukünftigen Anlagen sollen 3D-Vision-Systeme zusätzlich dazu beitragen, die Initiatoren-Anzahl deutlich zu verringern, um Kosten zu sparen und mögliche Fehlerquellen zu vermindern.