BV-Standards in allen Werken etablieren

Bei der Blomberger Phoenix Contact GmbH & Co.KG, Spezialist für elektrische Verbindungs-, elektronische Interface- und industrielle Automatisierungstechnik, erfolgt die Produktion weltweit an verschiedenen Standorten. So können die lokalen Märkte schneller bedient werden. Mit Hilfe von Bildverarbeitung sorgen automatische Prüfsysteme dafür, dass jeder Fertigungsstandort nach den gleichen Qualitätskriterien arbeitet. Schon bei der Entwicklung der Montagemaschinen und -automaten werden die umfassenden Prüfsysteme mit eingeplant.

Für eine hohe Qualität jedes gefertigten Artikels muss nicht nur das Endprodukt, sondern auch jeder qualitäts- und funktionsrelevante Arbeitsschritt kontrolliert werden. Dabei wird eine für den jeweiligen Anwendungsfall angepasste Hardware eingesetzt. Eine frei programmierbare Software, die auf PC-basierten Systemen implementiert wird, ermöglicht flexible Prüfalgorithmen. „Mit der rechnergestützten Bildverarbeitung können wir Qualitätsprüfungen im Fertigungstakt einer Montagemaschine durchführen“, erläutert Andreas Waldhoff aus dem Bildverarbeitungs-Team von Phoenix Contact. „Neben der hohen Geschwindigkeit bei den Auswertungen kommt es uns vor allem auf die Objektivität der Ergebnisse an.“

Weil jedes Industrieunternehmen ein anderes Produktportfolio mit speziellen Fertigungsprozessen hat, unterscheiden sich auch die Anforderungen an die Bildverarbeitung. Marktübliche Standardlösungen sind oft nur eingeschränkt oder gar nicht nutzbar. Geschlossene Systeme sowie intelligente Kameras mit ausschließlich parametrierbaren Bibliotheken stoßen hinsichtlich Flexibilität, Fallunterscheidungen und Prüfumfang schnell an ihre Grenzen.

Die Produktion erfolgt auftragsgebunden und kundenspezifisch. Die für den Kunden vorteilhafte Fertigung erfordert flexible Messsysteme, damit auch Sonderartikel in hoher Qualität produziert werden können. Auf frei programmierbaren PC-Systemen können die Bildverarbeitungs-Entwickler umfangreiche und erweiterbare Prüfalgorithmen programmieren. Durch das Spezialwissen im Unternehmen können Prüfungen für mögliche Varianten im Vorfeld entwickelt oder nachimplementiert werden – bei Bedarf mit kurzen Reaktionszeiten und steuerbaren Prioritätenvorgaben.

Für eine hohe Flexibilität bei den Prüfungen wurde eine eigene Bildverarbeitungs-Software entwickelt. Die in C++ programmierte Software stellt – wie in einem Framework – eine Umgebung für Bildverarbeitungsaufgaben bereit. Sie regelt die Kommunikation über standardisierte Schnittstellen, stellt eine definierte Anbindung der Qualitätsprüfungen sicher und ermöglicht eine durchgängige Benutzerführung. Die Auswertung erfolgt damit hardwareunabhängig, und zur Bildaufnahme wird die optimale Konfiguration aus Kamera, Objektiv und Beleuchtung eingesetzt.

Ein weiterer Vorteil des offenen, rechnerbasierten Systems ist die Verfügbarkeit der Auswertungsdaten. Mittels umfangreicher statistischer Auswertung können Ausschussgründe über lange Zeiträume verfolgt werden. „Eine speziell angepasste Bildverarbeitung ist sowohl für die Artikelproduktion wie auch für die Einzelteilfertigung ein mächtiges Werkzeug“, so Waldhoff. „Durch die umfangreichen Möglichkeiten zur Analyse kann die Produktion gezielt und kontinuierlich verbessert werden.“

Um bestimmte Fehler zu erkennen, ist die Auswahl der Hardware genauso wichtig wie die Wahl des Software-Algorithmus. Neben Kamera und Objektiv spielt die Beleuchtung eine wichtige Rolle. Erst bestimmte Beleuchtungsvarianten – wie Hellfeld, Dunkelfeld, diffuse Beleuchtung – machen spezifische Fehler sichtbar. Um die Lebensdauer der Leuchtmittel zu erhöhen und einer Ermüdung vorzubeugen, werden die meisten Beleuchtungen nur zur Bildaufnahme getriggert. Die Beleuchtungen können durch kurzzeitiges Einschalten mit höheren Strömen belastet werden – und bieten so eine größere Helligkeit. Zur Triggerung werden schnelle Optokoppler aus der eigenen Produktpalette genutzt – zum Beispiel ein Optokoppler, der sich mit einer Antwortzeit von 20 µs gut für eine derart schnelle Anforderung eignet.

Bei der Klemmenfertigung müssen funktionsrelevante Metallkomponenten besonders genau geprüft werden. Viele Kunden montieren Printklemmen in einem automatischen Fertigungsprozess. Ein derartiger Prozess erfordert eine hohe Qualität und Homogenität der zu montierenden Einzelteile. Aus diesem Grund sind eine genaue Kontrolle der Maßhaltigkeit von Klemmkontakten sowie die exakte Positionskontrolle von Lötstiften Standard im Fertigungsprozess der Montagemaschine. Bei den Steckverbindern der Produktfamilie Combicon, die von Kunden weltweit für einen rationellen Leiterplattenanschluss genutzt wird, wird auch die korrekte Beschichtung der Metallkomponenten geprüft. Dadurch wird zum einen das angegebene elektrische Verhalten der Steckverbinder, und zum anderen die einwandfreie Lötbarkeit der Kontakte ermöglicht.

Das Gehäuse eines Steckverbinders muss zwar auch ästhetisch gefallen, primär zählen aber elektrische und mechanische Eigenschaften – wie Schutzklassen, Durchschlagswiderstände und Stabilität. Ein schadhaftes Gehäuse kann Sicherheit und Funktion der Komponenten beeinträchtigen. Mögliche Fehler bei der Gehäuseproduktion hängen vom Material und vom Fertigungsverfahren ab, und die Prüfkriterien müssen speziell darauf abgestimmt werden. Verschiedene Kunststoffe sowie die eingesetzten Spritzgusswerkzeuge bewirken spezifische Fehlerausprägungen. Auch die Oberflächenbeschaffenheit der Artikel kann variieren – hier sind angepasste Beleuchtungen und optische Filter erforderlich. So kann der Algorithmus, der diese Gegebenheiten berücksichtigt, sicher zwischen tolerierten Oberflächenartefakten (Glanzstellen, Nähte durch Werkzeugeinsätze, Rauigkeiten) und Defekten (Kratzer, Löcher, Risse) unterscheiden.

Die selbst entwickelten Bildverarbeitungs-Lösungen, die im weltweiten Produktionsnetzwerk von Phoenix Contact eine wichtige Rolle spielen, werden ständig weiterentwickelt. Zurzeit wird eine Bildverarbeitungsumgebung unter .NET entwickelt. Damit sollen Flexibilität und Modularität der Applikationen weiter erhöht werden.

Marcus Niederhöfer Phoenix Contact, Blomberg

Um die hohe Qualität ihrer Produkte zu halten und zu optimieren, nutzen Hersteller von Elektronik-Komponenten immer komplexere Kontrollmechanismen. Die selbst entwickelten Bildverarbeitungs-Lösungen von Phoenix Contact sind so ein Fall. Sie spielen im weltweiten Produktionsnetzwerk des Unternehmens eine wichtige Rolle, weil sie weltweit eine gleich bleibend hohe Qualität garantieren.

Phoenix Contact sieht sich als weltweiter Marktführer elektrischer Verbindungs-, elektronischer Interface- und industrieller Automatisierungstechnik. Das Unternehmen aus Blomberg beschäftigt 9300 Mitarbeiter weltweit, davon rund 5200 in Deutschland. Mit einem Umsatz von 1,072 Mrd. Euro verzeichnete Phoenix Contact 2007 ein hohes Plus. Neben der positiven Entwicklung in Deutschland wurde das Wachstum wieder stark vom internationalen Geschäft getragen. Schon in den 70er-Jahren wurde mit dem Aufbau einer internationalen Marktpräsenz begonnen. Der weltweite Vertrieb erfolgt über ein Netzwerk mit 46 eigenen Gesellschaften sowie rund 30 Vertretungen. Fertigungsstätten befinden sich in Deutschland sowie in Harrisburg (USA), Nanjing (China), Nowy Tomysl (Polen), New Delhi (Indien) und Sao Paulo (Brasilien).