Bildverarbeitung Dichtflächen von Motorblöcken sicher inspizieren

Von Patrick Menge

Zur Prüfung der mechanisch bearbeiteten Flächen von Motorblöcken aus Aluminium-Guss setzt Polytechnik Schmidt auf Bildverarbeitungssysteme von Teledyne DALSA.

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Um den Qualitätsstandards der Automobilhersteller zu entsprechen, müssen Fehlstellen wie Lunker, Bearbeitungsspuren und sonstige Unregelmäßigkeiten auf den Funktionsflächen der Motorblöcke zuverlässig erkannt werden.
Um den Qualitätsstandards der Automobilhersteller zu entsprechen, müssen Fehlstellen wie Lunker, Bearbeitungsspuren und sonstige Unregelmäßigkeiten auf den Funktionsflächen der Motorblöcke zuverlässig erkannt werden.
(Bild: Polytechnik Schmidt)

Sie stellen das Herz eines jeden Automobils dar: Leistung und Spritverbrauch hängen wesentlich von der Qualität der eingesetzten Motoren ab, daher müssen alle Teile des Antriebssystems perfekt den Designvorgaben entsprechen. Dies gilt auch für die Dichtflächen von Motorblöcken: Fehlstellen können die Dichtigkeit von Motoren negativ beeinflussen und damit sowohl Leistung als auch Lebensdauer herabsetzen.

In den Motorenproduktionen verschiedener deutscher Hersteller werden die zugelieferten Komponenten der Kfz-Motorblöcke vor der Montage genau kontrolliert. „Stellen die Automobilbauer dabei Mängel fest, so kommt es zu Reklamationen und damit verbunden zu Mehrarbeit beim Zulieferer“, weiß Dietmar Schmidt, Gründer und Geschäftsführer der Polytechnik Schmidt GmbH. „Schlimmstenfalls kann der Autohersteller Zulieferer bei häufig auftretenden Qualitätsmängeln temporär oder sogar komplett sperren, was zu erheblichen Umsatzeinbußen für betroffene Unternehmen führen würde.“

Um dieses Risiko auszuschließen, vertraut ein Hersteller von Motorblockteilen in Thüringen seit Kurzem auf ein Bildverarbeitungssystem von Polytechnik Schmidt und prüft damit die Dichtflächen der zunächst im Aluminium-Guss hergestellten und danach mechanisch bearbeiteten Motorteile. Die zu prüfenden Dichtflächen der Motorblöcke sind mechanisch bearbeitet und werden danach nass gereinigt und getrocknet.

Diese Prozessschritte stellen für die Bildverarbeitung eine besondere Herausforderung dar, weil nicht immer gewährleistet werden kann, dass diese mechanische Bearbeitung vollständig und fehlerfrei erfolgt ist.

Dietmar Schmidt, Gründer und Geschäftsführer der Polytechnik Schmidt GmbH

„Zudem können nach der Trocknung noch Reste der Reinigungsflüssigkeit an der Dichtfläche anhaften. Gleichzeitig unterliegt jede Gussform mit der Zeit einer gewissen Abnutzung, was dazu führt, dass sich die Form der zu untersuchenden Dichtflächen immer wieder leicht ändern kann.“

Fehlstellen zuverlässig erkennen

Um den Qualitätsstandards der Automobilhersteller zu entsprechen, müssen Fehlstellen wie Lunker, Bearbeitungsspuren und unbearbeitete Flächen auf den Funktionsflächen zuverlässig erkannt werden. Lunker bis zu einem Durchmesser von 0,3 Millimeter sind für den Endkunden noch zulässig, doch Fehler mit größeren Abmessungen und nicht bearbeitete Dichtflächen muss das Bildverarbeitungssystem mit 100 % Sicherheit identifizieren.

Als problematisch bezeichnet Schmidt die eindeutige Unterscheidung zwischen anhaftender Reinigungsflüssigkeit und Lunkern bzw. mechanischen Beschädigungen, da sich diese im Kamerabild sehr ähnlich darstellen. Eine weitere Herausforderung für das System ist nach seinen Worten die genaue maßliche Beurteilung von Lunkergrößen, da diese bisher von den Mitarbeitern der Endkontrolle nur anhand von unkalibrierten Lehren überprüft wurden.

Hinzu kommt die Tatsache, dass die Kunden wissen möchten, ob sich Kratzer auf der bearbeiteten und gereinigten Dichtfläche befinden. Diese willkürlichen Kratzer muss die Software von den regelmäßigen Bearbeitungsspuren der mechanischen Fräsbearbeitung der Dichtflächen unterscheiden können, um nicht zu viel Pseudoausschuss zu signalisieren.

Dietmar Schmidt, Gründer und Geschäftsführer der Polytechnik Schmidt GmbH

Die umfangreichen Anforderungen des Zulieferers hat Polytechnik Schmidt mit einem Bildverarbeitungssystem gelöst, das auf drei Genie Nano-Kameras des kanadischen Bildverarbeitungsherstellers Teledyne DALSA mit 5 Megapixel Auflösung und geeigneten Objektiven mit 12 Millimeter Festbrennweite basiert. Der Einsatz von drei Kameras ist notwendig, um das gesamte Gesichtsfeld der Prüfteile verzeichnungsfrei abbilden zu können. In der Anlage werden die Prüfteile dazu über eine Bewegungsachse unter den Kameras verfahren und auf diese Weise gescannt.

Als ganz wesentliche Komponente für die Bildaufnahme nennt Schmidt zudem den Einsatz spezieller Dombeleuchtungen: „Die inspizierten metallischen Bauteile weisen eine hochglänzende und stark reflektierende Oberfläche auf, auf denen Fehlstellen und Unregelmäßigkeiten an den Dicht- und Lagerflächen ohne spezielle Hilfsmittel nur schwer erkennbar sind. Durch geschickte Auswahl der Kameratechnik und der Beleuchtung können diese Stellen jedoch deutlich sichtbar gemacht, in Verbindung mit speziell angepassten Filteralgorithmen und nachfolgenden Plausibilitätsbetrachtungen präzise herausgearbeitet und nach ihrer Größe klassifiziert werden.“

Vor allem die Begutachtung von hochglänzenden Lagerschalen erfordert wegen der speziellen halbrunden Form die Verwendung von Spezialobjektiven und einer leistungsfähigen Bildverarbeitungssoftware, um die Bilddaten aufzubereiten. „Bei der Bildauswertung aller aufgenommenen Kamerabilder greifen wir auf die bewährte Software Sherlock von Teledyne DALSA zurück, die auf einem lüfterlosen Industrie-PC läuft und eine hochgenaue und objektive Bewertung der Funktionsflächen zuverlässig gewährleistet“, betont Schmidt.

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Polytechnik Schmidt beschäftigt sich seit ihrer Gründung im Jahr 2003 mit dem Thema Bildverarbeitung und ist als Systemintegrator für Kameratechnik neben der Automotive-Industrie auch in den Bereichen Stahlindustrie, Verpackung, Nahrungsmittel und weiteren Bereichen am Markt tätig. Die Auslegung von Kamerasystemen und die Entwicklung von speziellen Bildauswertungen bezeichnet Schmidt als Kernkompetenz seines Unternehmens. „Wir nutzen dabei etablierte Bildverarbeitungsbibliotheken, entwickeln darüber hinaus aber auch ein eigenes Graphic User Interface, um zum Beispiel die mit Sherlock erstellte Bildauswertung für den Anwender bedienerfreundlich zugänglich zu machen. So schaffen wir auch eine Schnittstelle zur gesamten Anlagensteuerung bzw. zur laufenden Qualitätssicherung unserer Kunden durch eine lückenlose Speicherung der aufgenommenen Bilddaten und der Ergebnisse der Software für jedes Bild.“

Die Zusammenarbeit mit Teledyne DALSA hat Polytechnik Schmidt dabei in den vergangenen Jahren immer weiter intensiviert, so Schmidt: „Die Software Sherlock setzen wir verstärkt seit 2010 ein und haben unser Wissen über die einzelnen Tools dieser leistungsfähigen Bibliothek immer weiter vertieft.“ Auch die Kameras des kanadischen Herstellers wurden dabei immer wichtiger: Nach anfänglich noch vereinzelten Anwendungen von Kameras der Genie- und Genie Nano-Serie setzt Schmidts Unternehmen aufgrund der positiven Erfahrungen in den letzten Jahren zunehmend auf Teledyne DALSA als Partner für die Bildverarbeitung.

Schlüsselkomponenten aus einer Hand

In der Anlage zur Inspektion der Motorblöcke war daher nach eingehenden Voruntersuchungen und dem Vergleich verschiedener Aufnahme- und Auswerteoptionen schnell klar, dass die wesentlichen Bildverarbeitungskomponenten wieder von Teledyne DALSA kommen. „Neben der Lieferung der Hardware hat uns Teledyne DALSA zudem kompetent bei der Programmierung sowie bei speziellen Fragen der Integration und Ansteuerung der Kameras unterstützt“, unterstreicht der Geschäftsführer. „Mit Teledyne DALSA haben wir einen Partner gefunden, der nicht nur eine breite Auswahl an leistungsfähigen Matrix- und Zeilenkameras sowie die zugehörige Bilderfassungs- und Auswertehardware produziert, sondern auch die Algorithmen für die Bildauswertung selbst entwickelt. Dadurch bekommen wir unsere Schlüsselkomponenten aus einer Hand und können uns darauf verlassen, dass Hardware und Software problemlos zusammenpassen.“

Selbst bei Rückfragen zur Inbetriebnahme in ganz speziellen Anwendungsfällen hat Schmidt mit Teledyne DALSA sehr positive Erfahrungen gemacht: „Wir müssen dann nur mit einem einzigen Unternehmen sprechen, das seine Produkte hervorragend kennt. Die direkte Verbindung zum Service und zur Entwicklungsabteilung für die Sherlock-Software ist für uns ein ganz entscheidender Vorteil gegenüber anderen Zulieferern, weil wir darauf angewiesen sind, unseren Kunden bestmöglichen und qualitativ hochwertigen Service zu bieten – auch in schwierigen Fällen! Hier hat es sich für uns sehr bewährt, mit einem Unternehmen zusammen zu arbeiten, dass weltweit präsent ist sowie über eine sehr gute Infrastruktur und erstklassige Mitarbeiter in der Entwicklungsabteilung verfügt. Wir fühlen uns mit unseren Ideen und Anregungen zur Produktverbesserung von Teledyne DALSA wahrgenommen und wertgeschätzt, was sich in der kontinuierlichen Intensivierung unserer Zusammenarbeit niederschlägt.“

Auch unter erschwerten Bedingungen

Für die Anlage in Thüringen hat sich die gute Partnerschaft erneut bewährt, denn das seit Anfang 2021 eingesetzte System ermöglicht auch unter erschwerten Bedingungen wie z. B. unsauberen Funktionsflächen eine zuverlässige Erkennung der einzelnen Fehlertypen. Zudem hat Polytechnik Schmidt zu Zwecken der Rückverfolgbarkeit die Möglichkeit realisiert, die aufgenommenen Bilder abzuspeichern und gefundene Fehlstellen für die Qualitätssicherung in einer Datenbank zu dokumentieren. „Unser Kunde ist mit der neuen Anlage hoch zufrieden“, resümiert Schmidt, der für die nächsten anstehenden Projekte in unterschiedlichen Anwendungen bereits wieder mit Bildverarbeitungskomponenten von Teledyne DALSA plant.

* Patrick Menge, Business Development Manager Europe Vision Systems bei Teledyne DALSA in Krailling, Deutschland

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