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Prüflinge ins richtige Licht gesetzt

drylin®-Linearachsen in schnell laufenden Prüfanlagen

Visuelle Prüfung von kleinen Bauteilen in sehr hohen Stückzahlen: Die Automatisierung dieser Aufgabe hat sich die Gefra GmbH in Friedewald/ Westerwald zur Aufgabe gemacht – und ist damit weltweit erfolgreich. Für die elektrische Verstellung der Beleuchtungseinheiten verwendet Gefra komplette Linearantriebseinheiten aus dem drylin®-Programm von igus.


Wie prüft man 900 Schrauben oder 700 Spritzgussteile pro Minute auf Beschädigung? Wer sich diese Frage stellt, findet bei der Gefra GmbH die richtige Antwort. Denn das 1995 gegründete Unternehmen hat sich darauf spezialisiert, automatisierte Anlagen für die schnelle und genaue optische Prüfung und Vermessung von Bauteilen zu entwickeln.

Anlass für die Firmengründung war die Erkenntnis, dass hier Bedarf existiert. Dipl.- Thomas Rothweiler, Gründer und geschäftsführender Gesellschafter des Unternehmens, beriet Produktionsbetriebe bei der Rationalisierung und Automatisierung. Dabei stellte er fest, dass am Ende hoch automatisierter Prozesse oft noch mit dem menschlichen Auge geprüft und manuell sortiert wird.

Automatisiertes Prüfen mit hohem Tempo

Die Optisort-Maschinen, die er daraufhin entwickelte, nutzen Kameratechnik in Verbindung mit automatisierter Zuführung und sehr schnellen Rechnersystemen. Sieht man eine solche Anlage in Aktion, ist die Geschwindigkeit beeindruckend: Aus einem Bunkersystem heraus über einen Schwingförderer werden die Prüflinge vereinzelt, bei Bedarf lagerichtig, zugeführt und entweder auf einem Glasteller, einem speziellen Metallteller für Schrauben, oder einem Transportband an den Kameras vorbeigeführt. Auch 360°-Prüfungen mit vier Kameras sind möglich. Gutteile werden aktiv ausgeschleust, fehlerhafte Teile separiert.

All das geschieht mit einer Geschwindigkeit, bei der das menschliche Auge kaum mithalten kann. „Die Anlagen prüfen mehrere hundert Teile pro Minute, teilweise mehr als 50.000 Stück pro Stunde“, so Thomas Rothweiler. Dabei sind sie sehr flexibel, denn sie inspizieren unterschiedliche Komponenten: „Jede Maschine prüft typischerweise 200 bis 300 Produkte.“ Für jedes Produkt ist ein eigenes Prüfprogramm hinterlegt.

Optisort-Maschinen

Die modular aufgebauten Optisort-Anlagen inspizieren Kleinteile wie Schrauben, Dichtungen und Spritzgusskomponenten.

 

Mechanik und Rechengeschwindigkeit setzen technische Grenzen

Bei der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Anlagen stieß in der Vergangenheit immer wieder die Mechanik, d.h. die Zuführung in derart hohem Tempo, an ihre Grenzen. Teilweise gelangte aber auch die Rechengeschwindigkeit der verfügbaren Steuerungen ans Limit, was ebenso einleuchtet, wenn man bedenkt, dass teilweise acht oder zehn Kameras den Prüfling inspizieren und die Steuerung innerhalb von Millisekunden auf „gut“ oder „n.i.O.“ entscheiden muss.

Optisort-Maschinen

Blick in den Prozess: Hier wird geprüft, und das mit extrem hoher Geschwindigkeit.

 

Elektrische Verstellung der Beleuchtung

Auch wenn jede Maschine individuell den Wünschen des Kunden angepasst wird, legt Thomas Rothweiler Wert darauf, dass es sich hier nicht um Sondermaschinenbau handelt: „Unsere Maschinen beruhen auf einem modularen Prinzip und wir nutzen sehr viele Gleichteile.“

Eine aktuelle Weiterentwicklung betrifft die Beleuchtung, mit der die Prüflinge für die Kameras ins richtige Licht gesetzt werden. Der Abstand der Leuchten zum Prüfling variiert je nach Produkt, und der Anwender verstellte die Leuchten manuell über ein Stellrad mit Skala. Ziel von Thomas Rothweiler war es, diesen Vorgang in die Steuerung zu integrieren und damit reproduzierbar zu machen. Auf diese Weise sollten nicht nur manuelle Prozessschritte eingespart und mögliche Fehleinstellungen ausgeschlossen werden. Noch wichtiger war die Möglichkeit, die Stellung der Leuchten in die Dokumentation zu integrieren.

Optisort-Maschinen

Alles aus einer Hand: In den drylin® E-Einheiten sind Schlitten und Schrittmotor zu einer anschlussfertigen Baueinheit zusammengefasst.

 

Komplette Linearantriebseinheit als Lösung

Auf der Suche nach geeigneten Linearantrieben wurden die Gefra-Ingenieure im drylin®-Programm von igus® fündig. Auf der Basis der drylin®-Linearachsen, bei denen ein Schlitten aus dem Hochleistungspolymer iglidur® mit Hilfe einer Antriebsspindel verfährt, hat igus® das drylin® E-Programm entwickelt. (E wie elektrisch). Das sind komplette Linearantriebseinheiten, bei denen ein Schrittmotor über einen optionalen Flansch und eine ebenfalls optionale Klauenkupplung die Achse antreibt.

Mit dieser Achse schafft Gefra die Voraussetzung dafür, die Leuchtenverstellung in die PC-Steuerung und somit in den jeweiligen Prüfplan zu integrieren und die Automatisierung einen weiteren Schritt voranzutreiben. Dabei kommt eine Achse mit 60 mm Hub zum Einsatz, der von einem NEMA 17-Schrittmotor angetrieben wird und Lasten bis 1000 g mit einer Genauigkeit von +/- 0,5 mm verfährt.

drylin E

Die drylin®-Lineareinheit im eingebauten Zustand

 

Schmierstofffreier Betrieb

Ein ganz entscheidendes Kriterium bei der Auswahl war der schmierstofffreie Betrieb von Spindel und Schlitten: Da sich die Leuchteinheiten im Arbeitsraum der Anlage direkt über, neben und unter den zu prüfenden Objekten befinden, dürfen die Antriebe keine Fremdstoffe abgeben, die den Prüfprozess beeinträchtigen könnten.

Ebenso wichtig war die kompakte Bauform der Antriebseinheiten. Thomas Rothweiler: „Da wir die elektrische Verstellung künftig als Option anbieten, muss sie sich in die bestehende Konstruktion integrieren lassen. Wichtig ist uns auch, dass wir die gesamte Einheit mit Motor, Schlitten und Befestigung einbaufertig aus einer Hand beziehen.“

Optisort auch bei igus®

Das neue Konzept wurde bereits in einer Anlage erprobt, die Dichtungen prüft. Vier Spindellineartische vom Typ drylin SAW-0630 mit Elektroantrieb, Motorflansch und integrierter Klauenkupplung sind über Controller an den PC des Systems angeschlossen. Die Antriebe passen sich bestens in die Umgebung ein.

Übrigens weiß man die Vorteile der Optisort-Anlagen bei igus® sehr zu schätzen. Denn in der Kölner Fertigung sind insgesamt vier Anlagen von Gefra mit der Prüfung von Gleitlagern beschäftigt. Überwiegend handelt es sich hier um sicherheitsrelevante Komponenten, die igus für die Automobilindustrie fertigt und die zu 100 Prozent geprüft werden. Zurzeit plant igus® die Anschaffung einer fünften Optisort-Anlage. Wenn die Verantwortlichen die Option der elektrischen Beleuchtungsverstellung wählen, kehren einige der nach Friedewald gelieferten drylin E-Einheiten wieder zurück an den Ort ihrer Produktion.

Optisort-Maschinen

Gruppenbild mit Linearantrieb. Von links nach rechts: Dipl.-Thomas Rothweiler, geschäftsführender Gesellschafter der Gefra GmbH, Dipl.-Ing. (FH) René Erdmann, igus®-Produktmanager dryLin® E Antriebstechnik und Markus Schwarz, Technischer Verkaufsberater Gleitlager bei igus®.