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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.
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.
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.
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.
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.
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.“
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.
