Längenmessung von Druckfedern

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Blick in den Messraum auf Kameras und Objektive

 

Für einen Hersteller von Druckfedern haben wir ein hochauflösendes Meßsystem entwickelt, das in der Lage ist, mit hoher Genauigkeit und großer Reproduzierbarkeit die Längen dieser Federn zu bestimmen, ohne den Fertigungstakt zu beeinflussen. Die Federn durchlaufen während des Produktionsvorgangs einen relativ komplexen Prozess der Wärmebehandlung und müssen am Ende der Prozesskette an beiden Enden geschliffen werden. Zur Optimierung dieses Schleifvorgangs ist es wünschenswert, möglichst gleich lange Federn zusammen in einem einzigen Arbeitsschritt zu schleifen. Dazu müssen die Federn jedoch zuvor der Länge nach sortiert werden. Bei diesem Sortiervorgang sind Längendifferenzen von 50µm ausschlaggebend. Um mit dieser Genauigkeit im laufenden Produktionsprozess zu messen, müssen zwei wichtige Anforderungen erfüllt sein:

  1. Die Federn müssen reproduzierbar in annähernd derselben Messposition liegen
  2. Die Messung erfolgt mit hinreichender optischer Auflösung und geringen Verzeichnungen

Beide Anforderungen sind mit der von uns konzipierten Messanordnung erfüllt und wurden durch den Hersteller dieser Sonderanlage umgesetzt. Im Bild oben rechts sieht man einen Teil des eigentlichem Messraumes innerhalb der Fertigungsanlage, in dem zwei Kameras mit den entsprechenden Objektiven und Beleuchtungen angeordnet sind. Die auszumessende Feder wird durch die Anlagenmechanik auf eine Prismenschiene gebracht und dann vor die jeweilige Kamera geschwenkt. Durch die Gegenlichtaufnahme stellt sich die Feder als Schattenbild mit gut auswertbarem Schwarz-Weiß-Kontrast dar. Ziel der Vermessung ist es, bei einer beliebigen Drehung der Feder um ihre Längsachse die gleiche Länge innerhalb einer vorgegebenen Toleranz zu messen. Die Drehung der Feder ist dafür verantwortlich, dass sich der Punkt der maximalen Länge entweder näher zum Objektiv hin, oder aber weiter weg davon befindet. Die genaue Lage ist nicht vorherbestimmt und kann auch nicht beeinflusst werden. Durch die Verwendung von telezentrischen Objektiven kann eine genaue Messung der Länge unabhängig von der Rotationslage gewährleistet werden, da diese Objektive sich durch eine nur sehr geringe Veränderung der Abbildungsgröße innerhalb eines relativ großen Entfernungsbereiches zwischen Objektiv und Messobjekt auszeichnen. Das auf diese Weise aufgenommene Bild wird zu einem Bildverarbeitungs-PC gesendet und dort mithilfe der Bildverarbeitungssoftware vermessen. Dabei wird der höchste Punkt der Feder im aufgenommenen Kamera bestimmt. Dieser Punkt bestimmt dann auch die Gesamtlänge der Feder, da sich diese durch die Bauteilaufnahme immer in exakt dergleichen Position am anderen Ende der Feder befindet. Die so ausgemessene Federnlänge wird mithilfe eines Klassifikators bewertet und die Feder wird dann einer zuvor festgelegten Größenklasse zugeordnet. Die Software ist so flexibel gestaltet, dass eine Änderung der verschiedenen Größenklassen durch den Betreiber der Produktionsanlage jederzeit selbst vorgenommen werden kann. Die Oberfläche der von uns erstellen Software ist als screenshot unten links zu sehen. Es werden jeweils zwei Federn gleichzeitig vermessen und die beiden Ergebnisse werden unabhängig voneinander bewertet. Der Bediener der Anlage erkennt über die Visualisierung der Kamerabildes in Echtzeit, wo sich der maximale Punkt der Federnlänge befindet und bekommt gleichzeitig den exakten Wert der Federnlänge angezeigt. Die Vermessung selbst geschieht innerhalb weniger Millisekunden und beeinträchtigt dadurch den Fertigungstakt nicht. Informationen über die Länge der Feder werden der Anlagensteuerung entweder über digitale Signale, die die Nummer der Klassifikationsbox darstellen, oder eine direkte Kommunikation über eine Ethernet-Schnittstelle und TCP/IP zur Verfügung gestellt.

Durch die einmalige Messung von exakt geschliffenen und extern taktil vermessenen Probeteilen lässt sich das optische Meßsystem mit hoher Genauigkeit einkalibrieren und für die Messung vorbereiten. Diese Kalibrierung kann zu beliebigen Zeiten wiederholt und verifiziert werden. Es empfiehlt sich die Kalibrierung bei jedem Schichtwechsel zu überprüfen. Im Rahmen eines Service- und Wartungsvertrages wird diese Kalibrierung in halbjährlichem Rhythmus von unseren Servicetechnikern verifiziert. Zur gleichen Zeit überprüfen unsere Techniker den Zustand des Meßsystems, führen ggf. updates der Software durch und geben Hinweise zur Verbesserung der Messergebnisse.

Sehr gerne informieren wir Sie über die Möglichkeiten der optischen Längenmessung von Federn. Die hier vorgestellte Applikation ist eine Beispielanwendung für eine existierende Produktionsanlage. Sollten Sie in Ihrer Produktionsumgebung andere Randbedingungen realisiert haben, so können wir zeitnah prüfen, ob wir dieses Meßsystem auch an Ihre Bedürfnisse anpassen können, ohne dass die Genauigkeit davon beeinträchtigt wird.

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