17.12.2013

Alle dicht?

Die konventionelle Prüfung von Dichtungsstrukturen, die üblicherweise im Dispensverfahren aufgebracht werden, ist häufig aufwändig und zeitintensiv. Dazu werden die Prüflinge unter Druck gesetzt; bleibt der Druck über einen definierten Zeitraum konstant, kann die Dichtheit des Prüflings bestätigt werden. Der schwäbische Sondermaschinenbauer MPH setzt hingegen auf eine indirekte Dichtungsprüfung und arbeitet dabei mit einem optischen Verfahren, in dem ein 3D-Messroboter die Abmessungen der Dichtungskontur rein geometrisch überprüft.


Bild 1: Nur zehn Sekunden benötigt der Messroboter zur vollautomatischen, optischen Vermessung von 3D-Strukturen wie z.B. der Dichtungsgeometrie eines Verbandskastens. Ein Keyence LJ-V 3D-Messkopf scannt den Prüfling und wertet die Messdaten aus.
Bild: Mitsubishi Electric Europe B.V.

Lediglich zehn Sekunden benötigt der Messroboter zur vollautomatischen, optischen Vermessung der 3D-Strukturen wie z.B. einer 1,5m langen Dichtungsgeometrie. Dabei scannt ein Keyence LJ-V 3D-Messkopf den Prüfling und wertet die Messdaten gleichzeitig aus. Geprüft werden drei Kriterien: die rein mechanische Geometrie des Objektes, die Geometrie der Dichtung sowie die Homogenität der Dichtfläche. Die Überprüfung dieser Daten gewährleistet die Dichtheit des Prüflings. Auf der Motek 2013 stellte MPH eine Beispielapplikation dieses robotergestützten 3D-Messsystems in einer Standard-Automatisierungszelle vor. In der Anwendung prüfte das System die Dichtheit von Verbandskästen. Kernstück der Automatisierungszelle ist ein Mitsubishi Electric Roboter vom Typ RH-6FH, der den Keyence Messkopf hoch präzise um das zu prüfende Teil führt.

Funktionsweise der 100%-Prüfung

Im Fall der Motek-Applikation liefert ein lineares Transportband die zu vermessenden Verbandskastendeckel auf einem Werkstückträger an. Der am Scara-Roboter angebrachte Lasertriangulations-Messkopf erfasst zum einen die rein mechanischen Maße des Deckels. Auf deren Basis lässt sich feststellen, ob die Geometrie des Objektes innerhalb der Spezifikation liegt. Dazu kommt die Vermessung der Dichtungsgeometrie, im Beispiel also des Profils der eingesetzten Dichtungsschnur in der Nut des Deckels. Hierbei wird der Abstand der bogenförmigen Dichtung zur Deckelkante gemessen. In der Homogenitätsprüfung bewegt der Roboter das Messgerät entlang der Dichtfläche und stellt selbst kleinste Strukturunterbrechungen fest. Sind alle Prüfkriterien erfüllt, ist die Dichtheit des Deckels sichergestellt. Der Prozess prüft 100% der angelieferten Teile. Zur simultanen Auswertung von Dichtungsbreite und -höhe sowie des Abstands zwischen Dichtfläche und Trägerkontur liefert der Messkopf ein etwa 30mm breites Profil des Prüflings und erfasst dessen Höhe. Ein 3D-Bild ergibt sich mithilfe des Roboters, der die Scan-Zeile am Objekt entlang bewegt. Das Ergebnis wertet die applikationsspezifische Software aus. Im Automatikbetrieb zeigt der Monitor das gemessene 3D-Profil mit gleichzeitiger Auswertung auf Toleranzgrenzen in Echtzeit an. Darüber hinaus sind präzise Vermessungen größerer Abstände möglich. Dazu sind auf dem Werkstückträger, mit dem der Prüfling in die Messeinrichtung gefahren wird, genau vermessene Referenzklötze montiert. Mit einer nur 30mm breiten Messzeile kann nun die komplette Breite und Länge eines Objektes vermessen werden, das beim konkreten Fall mit etwa 300x400mm dem DIN A4-Format entspricht. Für alle Messvorgänge in hoher Auflösung benötigt das System lediglich etwa zehn Sekunden, um die komplette Kontur abzufahren und die Messdaten grafisch anzuzeigen und in eine CAQ-Datenbank abzulegen. Einsatzbereiche für ein solches 3D-Messsystem finden sich in Branchen, in denen die absolute Dichtheit der Ware als kritischer Faktor garantiert sein muss, z.B. in der Medizintechnik, der Automobilindustrie oder in der Fertigung von Brennstoffzellen. Hier sind 100%-Endkontrollen notwendig. Für die Wahl des Mitsubishi Electric Roboters war ausschlaggebend, dass die Modelle bereits mit einer Standardschutzart bei den Scara-Modellen von IP54 und bei den Knickarmmodellen von IP67 ausgeliefert werden. Somit dringen ebenso wenig Partikel ein wie aus um in einer nahezu reinraumartigen Umgebung zu arbeiten, wobei alle Systeme auch speziell als ISO3 für Reinräume verfügbar sind.

Aus CAD-Daten das Roboterprogramm generieren

Die offene Softwarestruktur des Roboters ist auf die Anforderungen an eine Funktionsprüfung zur Endkontrolle im Produktionsumfeld zugeschnitten. MPH ist damit in der Lage, die Programme für seine Kunden über einen Datendownload auf einem übergeordneten PC zu verwalten. Aus CAD-Dateien lässt sich die Kontur der zu prüfenden Dichtung exakt ermitteln und darauf basierend das Roboterprogramm generieren. Das konventionelle Teachen des Roboters durch den Bediener über eine Teachbox entfällt zugunsten der Nutzfreundlichkeit. Über das Scannen von Chargen-Begleitpapieren kann die Programmauswahl und Eingabe von Chargen-Daten erfolgen. Die Software bietet zudem die Möglichkeit, die Messwerte an Datenbanken oder zur Weiterverarbeitung an ein CAQ-System zu übertragen, wo sie langfristig lückenlos archiviert werden können, um eine eindeutige Rückverfolgbarkeit zu gewährleisten.

Roboter für jede Applikation

Die beschriebene Beispielanwendung ist mit einem Scara-Roboter ausgestattet, der insbesondere dazu geeignet ist, die flache Dichtungsstruktur eines Deckels in der x-, y- und z-Ebene zu erfassen. Daneben sieht das Verfahren die Prüfung 3D-Dichtungsstrukturen vor, wie man sie u.a. in der Automobilindustrie häufig vorfindet, z.B. in Autoscheinwerfern. Dabei werden nicht nur die Scheinwerfer selbst, sondern auch die Verbindung zwischen Beleuchtungssystem und Karosserie mit Dichtungen versehen. Zur Prüfung solch komplexer dreidimensionaler Strukturen setzt MPH den Sechs-Achs-Roboter vom Typ RV-7FLM der mit Reichweiten bis 900mm ein, der extrem genau die Prüfstellen abfahren kann. Wird der Prozess nicht End-Of-Line integriert so wurde bereits auch mit einem Rundtaktisch eine sichere, effiziente und kompakte Lösung zum manuellen Einlegen von Prüfteilen von MPH entwickelt.

Anzeige