Blechinspektion
- Inspecvision .
- 11. Aug. 2021
- 8 Min. Lesezeit
Aktualisiert: 1. Sept.
Besonders schwierig kann die Herstellung von Blechteilen sein. Die Produktionskosten pro Bauteil sind im Vergleich zu anderen Branchen, beispielsweise der Metallbearbeitung, sehr gering. Dadurch werden die für den Qualitätskontrollprozess verfügbaren Ressourcen reduziert, obwohl Blechteile häufig in den anspruchsvollsten Anwendungen, beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt oder der Automobilindustrie, oder in sehr großen Produktionsläufen eingesetzt werden, die alle einer Prüfung bedürfen.
Schwierigkeiten bei der Blechprüfung
Bei der Herstellung kleiner Stückzahlen für Routineanwendungen wird ein typisches Blechteil normalerweise lackiert, geformt und geschweißt. Das Fehlen eines Lochs, Einsatzes oder einer Biegung am Ende eines Just-in-Time-Montageprozesses kann Auswirkungen auf die Liefertermine haben. Dies kann für den Kunden zu Kosten führen, die den Wert des Teils um ein Tausendfaches übersteigen. In der Welt des Blechschneidens reicht es nicht aus, ein Ersatzteil kostenlos zur Verfügung zu stellen. Auch bei der Herstellung flacher Teile ist die Genauigkeit nicht gewährleistet.
Während die Linearachse in Laserschneidmaschinen recht präzise und zuverlässig ist, kann es bei komplizierten Konstruktionen in engen Nestern zu einer starken Wärmeübertragung auf eine relativ kleine Fläche kommen. Dadurch kann sich das Metall verziehen, was beim anschließenden Biegen zu Problemen führt. Hinzu kommt, dass alle flachen Blechteile Kantenprofile oder Rillen aufweisen, die oft die Fehlertoleranz des Teils überschreiten.
Stanzmaschinen sind zwar schnell und kostengünstig, es kommt jedoch darauf an, dass die Werkzeuge richtig geladen werden und nicht kaputt gehen. Mit Stanzmaschinen der neuesten Generation lassen sich außerdem Formamen, Gitter und Einlegeteile herstellen, die oft kritische Aufgaben erfüllen und bei der Endmontage nicht fehlen dürfen.
Beim Umformen oder Biegen der Teile verschärfen sich die Probleme erheblich. Der Biegeprozess reagiert äußerst empfindlich auf Veränderungen der Härte und Dicke des Metalls, die von Charge zu Charge unterschiedlich sein können, was zu erheblichen Veränderungen der elastischen Rückstellkraft führt. Mehrfachbiegungen mit variabler Rückfederung erzeugen kumulative Biegefehler. Sogar eine Abkantpresse mit Rückfederungsauswertung produziert typischerweise gebogene Teile mit zehnmal geringeren Genauigkeiten und Toleranzen als vor dem Biegen.
Auch beim Abkanten von Pressen kommt es stark auf die Fähigkeiten des Bedieners an und es kommt nicht selten vor, dass sich Teile nach hinten biegen. Falsche Werkzeuge führen zu Fehlern im Biegeradius und es ist ein ständiger Kampf, den richtigen K-Faktor oder die richtige Materialanalyse der Biegungen zu erhalten. Dies führt zu Falten mit falscher Länge und somit zu schlecht geformten Teilen.
Dies ist keine vollständige Liste der Probleme, mit denen die Blechproduktion konfrontiert ist, aber sie reicht aus, um zu zeigen, dass fehlerhafte 2D- und 3D-Teile eine bedauerliche Realität sind. Die einzige Möglichkeit, zu verhindern, dass fehlerhafte Teile im Produktionsprozess weitergereicht werden, besteht darin, sie zu prüfen.
Vorhandene Inspektionsoptionen
Die meisten Blechverarbeiter haben vergeblich nach einem System gesucht, das eine schnelle, kostengünstige und bedienerfreundliche Prüfung von Blechteilen ermöglicht. Vorhandene Optionen, wie etwa Koordinatenmessgeräte und deren Arme, sind für den Einsatz in der Produktion nicht geeignet. Sie reagieren sehr empfindlich auf Stöße und können leicht ihre Kalibrierung verlieren. Es kommt häufig vor, dass ein KMG-Arm am ersten Tag neu kalibriert wird, am zweiten Tag ausfällt und für den Rest des Jahres ohne Kalibrierung verwendet wird, ohne dass das Problem erkannt wird. Aus diesen Gründen werden Koordinatenmessgeräte normalerweise in einem Messbereich oder Labor abseits des Produktionsstandorts untergebracht.
Selbst präzise kalibrierte Koordinatenmessgeräte und Koordinatenmessgerätarme mit guter theoretischer Genauigkeit werden durch das Nut- oder Kantenprofil des Blechteils stark beeinträchtigt. Tatsächlich sind KMGs beim Messen von Merkmalen, die durch die Kanten des Teils definiert sind, wie etwa Lochabstände, Lochdurchmesser usw., oft viel ungenauer als ein einfacher Messschieber.
Abbildung 2 weist beispielsweise eine Dicke von 10 mm und ein Kantenprofil von 5 % auf. Bei dieser Konfiguration ist der Durchmesser des Lochs auf der Oberseite 1 mm größer als der auf der Unterseite.
In der Realität muss der maximale Zustand des Materials nicht auf der Ober- oder Unterseite liegen, sondern kann an jedem beliebigen Punkt am Rand des Teils auftreten. Ein Koordinatenmessgerät erfordert reines Glück oder die Fähigkeiten des Bedieners, um Messungen im Spitzenzustand des Materials oder nahe daran durchzuführen. Dieser Effekt kann die Genauigkeit eines Koordinatenmessgeräts um 1 Mikrometer bis 1 mm Abweichung im Kantenprofil des Teils reduzieren.
Darüber hinaus sind KMGs extrem langsam und schwierig zu verwenden. Dies bedeutet, dass ein erfahrener Bediener erforderlich ist, die Leistung langsam ist und der Betrieb der Maschine teuer ist. Tatsächlich sind KMGs so langsam, dass sie oft nur eine sehr begrenzte Anzahl von Messungen pro Merkmal und praktisch keine Messungen dazwischen durchführen.
Dadurch wird eine vollständige Prüfung des Teils verhindert, d. h. zusätzliche oder manchmal fehlende Elemente wie Löcher oder Kantenschäden werden nicht erkannt.
Ein anderer Ansatz besteht darin, einen auf einem Koordinatenmessgerät montierten Laserscanner zu verwenden. Durch diesen Ansatz lässt sich die Menge der erfassten Daten deutlich erhöhen und so fehlende oder zusätzliche Merkmale erkennen. Allerdings sind Laserscanner in der Anschaffung extrem teuer, schwierig zu programmieren und kostspielig im Betrieb. Darüber hinaus eignen sie sich nur sehr schlecht zum Messen von Kantenpositionen an Blechteilen, insbesondere bei dünneren Materialien. Dies stellt ein ernstzunehmendes Problem dar, da Blechteile in erster Linie durch ihre Kanten definiert werden.
In Abbildung 3 wird ein Laser auf ein Stück projiziert. Wenn Licht von einer Oberfläche reflektiert wird, ist der Einfallswinkel gleich dem Ausfallswinkel. Durch die senkrechte Positionierung des Laserscanners zur zu messenden Oberfläche oder Kante erhält die Kamera gute Reflexionen des Lasers.
Wenn der Laserscanner jedoch die Innenkanten eines Blechstücks messen muss, ist es physikalisch nicht möglich, ihn senkrecht zu diesen zu positionieren. Im besten Fall kann der Scanner schräg zur Kante positioniert werden, wodurch die Menge des von der Kamera erfassten reflektierten Lichts deutlich reduziert wird. Dies ist in Abbildung 4 zu sehen.
Diese Einschränkung des Laserscannings ist ein bekanntes Problem. Um dieses Problem zu lösen, versuchen viele 3D-Inspektionsprogramme, den Durchmesser und die Position des Lochs anhand der Abwesenheit von Messungen und nicht anhand ihrer Anwesenheit zu schätzen. Dies ist jedoch alles andere als ideal und die Schätzung der Position und Größe eines Merkmals auf der Grundlage fehlender Messungen führt immer zu einem wesentlich schlechteren Ergebnis als die direkte Messung.
Andere vollständig manuelle Systeme wie Vorrichtungen, Schablonen und Lofts/Mylars sind langsam, unflexibel, schwierig zu warten und ungenau.
Eine automatisierte Lösung ist erforderlich
In vielen Blechbearbeitungsbetrieben stehen als Prüfmittel lediglich kostengünstige Messgeräte, Bänder und Förderbänder zur Verfügung, die jedoch so langsam und bedienerfehleranfällig sind, dass sie nur selten zum Einsatz kommen. Es wird eine Maschine benötigt, die die Form eines flachen Teils in Sekundenschnelle und mit einem einzigen Klick vollständig prüfen kann. Das System sollte sich in der Produktionshalle neben der Produktionsmaschine befinden, um die Zeit zu verkürzen, die zum Laden des Teils in das Inspektionssystem benötigt wird. Auch Kratzer und Stöße, die in einer Produktionsanlage häufig vorkommen, dürfen der Maschine nichts anhaben. Kommt es jedoch zu einem heftigen Aufprall, sollte die Maschine diesen automatisch erkennen und den Bediener warnen.
Das Messsystem sollte keine temperaturgeregelte Umgebung erfordern und Änderungen der Umgebungstemperatur automatisch messen und kompensieren. Das System sollte sich außerdem auf Grundlage aller in der CAD-Datei vorhandenen Abmessungen automatisch programmieren können, sodass der Bediener keine Zeit damit verbringen muss, festzulegen, welche Abmessungen geprüft und welche Toleranzen verwendet werden sollen.
Wesentlich ist, dass das System auch in der Lage ist, gefaltete oder geformte Teile zu prüfen. Auch hier ist die Benutzerfreundlichkeit von entscheidender Bedeutung. Eine vollständige 3D-Teileprüfung sollte mit einem einzigen Klick und von einem relativ unerfahrenen Bediener durchgeführt werden können.
Die Planar2D-Lösung
Das preisgekrönte Planar-Inspektionssystem ist die schnellste und am stärksten automatisierte 2D-Inspektionsmaschine der Welt. Ermöglicht Ihnen, Teile sehr schnell zu messen oder zurückzuentwickeln. Dabei wird ein Tisch mit Hintergrundbeleuchtung und eine darauf montierte statische Digitalkamera mit hoher Auflösung verwendet.
Das Planar-System ist hochautomatisiert. Mit einem einzigen Klick oder durch Scannen eines Barcodes können Sie in Sekundenschnelle mehrere Aktionen ausführen. Die Teile werden gemessen, indem man sie auf den hinterleuchteten Tisch legt und die Kamera ein Bild ihrer Silhouette aufnimmt. Dieses Bild wird in bis zu 80 Millionen Messungen umgewandelt, die automatisch mit der CAD-Datei verglichen werden.
Das System ist berührungslos und erfordert keine Vorlagen oder Werkzeuge. Dies erleichtert die Messung flexibler Materialien. Das 2D-System kann auch Teile mit unterschiedlichen Dicken, Kantenprofilen und erhabenen Abschnitten (Abstand zwischen Tisch und Teil) ausgleichen.
Das System kann auch nicht flache Teile und Teile mit perforierten Formen verarbeiten. Diese können mit der Option SurfScan gemessen werden, die in den Abbildungen 5 und 6 dargestellt ist. Das System kompensiert automatisch die Umgebungstemperatur und den Photogrammetrie-Scanner senkrecht zu den Innenkanten. Im besten Fall kann der Scanner relativ zur Kante abgewinkelt werden, wodurch die Menge des von der Kamera erfassten reflektierten Lichts erheblich reduziert wird. Dies ist in Abbildung 4 zu sehen.
Diese Einschränkung des Laserscannings ist ein bekanntes Problem. Um diese Einschränkung zu überwinden, versuchen viele 3D-Inspektionsprogramme, den Durchmesser und die Position des Lochs anhand der Abwesenheit von Messungen und nicht anhand ihrer Anwesenheit zu schätzen. Dies ist jedoch alles andere als ideal, und die Schätzung der Position und Größe eines Merkmals auf der Grundlage fehlender Messungen dieses Merkmals führt immer zu einem weitaus schlechteren Ergebnis als bei einer direkten Messung des Merkmals.
Andere vollständig manuelle Systeme wie Vorrichtungen, Schablonen und Lofts/Mylars sind langsam, unflexibel, schwierig zu warten und ungenau.
Intuitive automatisierte Inspektion in der Fertigung mit Planar2D
Da das System keine beweglichen Teile hat, gibt es keine Verschleißteile, die gewartet oder neu kalibriert werden müssen. Darüber hinaus erkennt das System automatisch etwaige Schäden und weist den Benutzer auf die Notwendigkeit einer Neukalibrierung hin.
Der Tisch ist unempfindlich gegenüber Vibrationen, Kratzern oder Rissen auf der Glasoberfläche und gleicht Veränderungen der Umgebungstemperatur automatisch aus. Mit einem Barcode-Scanner können Sie außerdem den Speicherort der CAD-Datei, die Teiletoleranzen, den Materialtyp und die Materialdicke, den Speicherort der Berichtsausgabe, den Ausrichtungstyp und viele andere Optionen definieren.
Die Maschine wird automatisch programmiert. Die Maße aus den CAD-Dateien können zur Erstellung des Prüfberichts mit allen Toleranzen verwendet werden. Wenn keine Abmessungen vorhanden sind, wird automatisch ein Prüfbericht erstellt. Das System generiert und speichert automatisch Berichte, einschließlich PASS/FAIL-Informationen. Das Planar-System wandelt die Abmessungen und Toleranzen aus der CAD-Datei automatisch in einen Bericht um. Dadurch entfallen die Rüstzeiten vollständig und neue Teiledesigns können mit einem einzigen Klick oder sogar ganz ohne Klicks geprüft werden.
Die Kombination aller dieser Funktionen ergibt ein flexibles und leistungsstarkes Ein-Klick-Inspektionssystem (oder ein System ohne Klick). Das System kann außerdem 2D-Teile in Sekundenschnelle zurückentwickeln und ist mit 3D-Scanoptionen vollständig anpassbar.
Warum in 2D messen?
Die Prüfung eines Teils in 2D und 3D ist viel schneller, als wenn dies nur in 3D geschieht. Das 2D-System ist hochautomatisiert und kann das Profil eines Teils in etwa 15 Sekunden vollständig prüfen, ohne dass eine Programmierung oder ein Computereingriff erforderlich ist.
Die Ergebnisse sind sehr einfach zu interpretieren und die meisten dieser Prüfmerkmale ändern sich nicht, wenn das Teil in seine 3D-Form gebogen wird (siehe Abbildung 1). Durch die Prüfung eines Teils in 2D wird die 3D-Prüfaufgabe (typischerweise) um 60 bis 80 % reduziert.
In Abbildung 1 sehen wir ein Stück in seiner flachen und gefalteten Form. Alle Abmessungen, die nicht von einer Faltlinie abgedeckt sind, bleiben nach dem Falten unverändert. In diesem Beispiel können wir sehen, dass alle 3D-Dimensionen im 2D-Stadium bestätigt werden können.
Darüber hinaus wird die 3D-Inspektion sowohl hinsichtlich der Konfiguration als auch der Interpretation immer eine komplexere Aufgabe sein als die 2D-Inspektion. Folglich ist die 3D-Automatisierung schwieriger zu erreichen und aufrechtzuerhalten. Beispielsweise kann der Einrichtungsprozess zum Erstellen eines neuen Inspektionsprogramms in 3D mehrere Minuten dauern, in 2D kann er jedoch vollständig automatisiert werden und dauert ohne Eingriff des Bedieners ein bis zwei Sekunden.
Ein weiterer Vorteil der anfänglichen 2D-Prüfung besteht natürlich darin, dass Probleme bereits in einem früheren Stadium des Produktionsprozesses erkannt werden können.
2D-Planar-Inspektionsbericht
In den Abbildungen 8, 9 und 10 finden Sie ein Beispiel für eine Abweichungskarte, einen Inspektionsbericht und ein Inspektionsberichtsdiagramm für ein Beispielblechteil.
Das planare 2D-Messsystem bietet eine große Bandbreite an Größen und Genauigkeiten. Für weitere Informationen darüber, wie InspecVision-Systeme Ihnen helfen können, kontaktieren Sie bitte unser Team unter sales@inspecvision.com
