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22.01.2013

Automatisierte Linsenprüfung mit Roboter

Fehler werden sichtbar

Automatisierte Linsenprüfung mit Roboter

Erlanger Heitec-Ingenieure entwickelten ein System, dass in 8,5 Sekunden eine Spritzgusslinse für LED-Leuchten prüft.

Diese sind bei Autoscheinwerfern auf dem Vormarsch, und das aus guten Gründen. LED-Scheinwerfer halten mit gut 50 000 Betriebsstunden fast ein Autoleben lang. Außerdem haben sie leistungsmäßig ihren Konkurrenten Xenon-Scheinwerfer eingeholt, sie blenden nicht und sind überaus robust. An der Form der LED-Scheinwerfer kann man die Automarke erkennen. Außerdem können weiße Taglichtscheinwerfer beispielsweise rot blinken, da LEDs meist aus einer Kombination aus roter, blauer und grüner Leuchtdiode bestehen.

Momentan arbeiten die Entwickler daran, LEDs so zu schalten, dass etwa das adaptive Kurvenlicht ohne mechanische, reparaturanfällige Teile auskommt. Im Gegensatz zu konventionellen Autoscheinwerfern, die einen Reflektor und eine ganz normale Abdeckung brauchen, kommen LEDs, da sie gerichtetes Licht aussenden, nicht ohne eigene Optik aus. Vorgesetzte Linsen bündeln das Licht der LEDs für einen möglichst optimalen Lichtstrahl.

Die benötigten Linsen werden aus Kunststoff spritzgegossen. Bis jetzt wurden die Linsen zeitaufwendig von Hand geprüft. Deshalb sollte die Prüfung in den Takt der Spritzgussanlage eingepasst werden. Der Spritzbaum mit den Linsen bleibt bei der Herstellung der Linsen fünf Minuten in der Spritzgussmaschine. Dann wird er aus der Maschine entnommen, ins Kühlkarussell gelegt und auf Schlitten zur Säge gebracht. Die Säge trennt die acht Linsen ab, die dann mit dem Schlitten weiter zur Reinigung gebracht werden. Darauf folgt die Prüfung auf einer Linearachse im Durchlicht mit einer Zeilenkamera und anschließend mithilfe eines 6-Achsen-Roboters im Dunkelfeld, das die außergewöhnlichen Konturen der Linse berücksichtigt. Mit dem Robotereinsatz schafft man jetzt in 17 Sekunden das Handling der Linsen und deren Prüfung mittels 18 bis 35 Bildern aus unterschiedlichen Positionen.

Der Hersteller der Linsen hatte vorgegeben, dass Fehler ab einer Größe von 50 µm erkannt werden müssen. "Es wären auch Fehler ab 25 µm erkennbar", ergänzt Benjamin Hinrichs, Entwicklungsingenieur bei Heitec, Erlangen. Für die automatisierte Prüfung und das Handling der Linsen stehen jeweils 8,5 Sekunden zur Verfügung.

Ein Problem ist, dass die Spritzgussmaschinen den Boden zum Schwingen bringen, was genaue Messungen erschwert. Dazu kommt, dass das Anfahren und Bremsen des Roboters den Boden zusätzlich in Schwingungen versetzt. "Deshalb mussten wir mit einer sehr kurzen Belichtungszeit der Kamera von maximal 1 ms auskommen und brauchten dazu eine große Tiefenschärfe", erklärt Benjamin Hinrichs. Um das zu ermöglichen, entwickelte das Heitec-Team eine sehr helle Lampe mit Weißlicht-LEDs und einer 10 cm breiten Linienbeleuchtung, was paralleles Licht mit einer Leuchtdichte von 270 Lumen liefert.

Als probates Messverfahren hatte man sich für die Dunkelfeldbeleuchtung entschieden, in der Fehler im Material das Licht in die Kamera lenken. Ist die Beleuchtung so passend gewählt, dass das direkte Licht am Objektiv der Kamera vorbeigeht, sieht man nur das abgelenkte Licht. Wie Staubkörner in einem dunklen Raum bei Lichteinfall quasi leuchten, genauso werden Fehler in den Linsen sichtbar, da sie das Licht streuen.

Der Vorteil bei diesem Verfahren: Vor einem dunklen Bildhintergrund heben sich mögliche Fehler hell und deutlich ab. So können auch von den durchsichtigen Linsen kontrastreiche Bilder gemacht werden, ohne dass zusätzliche Hilfsmittel benötigt werden.

Die Fehlerklassifizierung erfolgte nach der DIN 10110-3, einer Norm für Glaslinsen. Diese musste für die Prüfung der Kunststofflinsen um einige Kriterien ergänzt werden, um kunststofftypische Fehler wie etwa Milchigkeit einzubeziehen. Das Dunkelfeldbild liefert so bei einer Linse ohne Schleier ein schwarzes Bild, bei milchiger Linse ein graues. Ein weiterer kunststoffspezifischer Fehler, der im Spritzgussprozess typischerweise auftritt, sind Fließfehler, die nach DIN geprüft werden können. Diese Fließfehler machen sich als Strich bemerkbar und sind nur aus bestimmten Winkeln sichtbar. Entsprechend mussten die Messbilder aus den passenden Positionen gemacht werden.

"Für die Prüfung greift sich der Roboter die etwa fünf Zentimeter große Linse seitlich mit einem Saugkopf und hält sie während des gesamten Prüfprozesses. Die für die Prüfung der Linse nötigen Positionen werden von dem Roboter abgefahren", berichtet Benjamin Hinrichs. Die Anlage lasse sich in 30 Minuten auf drei weitere Linsentypen umrüsten.

Heitec AG
www.heitec.de

Unternehmensinformation

HEITEC AG Zentrale

Werner-von-Siemens-Str. 61
DE 91052 Erlangen
Tel.: 09131 877-0
Fax: 09131 877-199

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