Gute Kontakte garantiert

Bei Friwo Gerätebau werden Steckernetzteile hergestellt. Wichtig für Funktion und Sicherheit ist die richtige Position der Kontaktstifte: Sitzt ein Stift schief, lässt dies auf eine beschädigte Isolation schließen – ein Sicherheitsrisiko für den Benutzer. Deshalb prüft ein Vision-Sensor, ob die Steckkontakte vollständig sind und gerade sitzen, ein zweiter überprüft Vorhandensein und Position der Federkontakte im Inneren des Steckernetzteils.

Friwo, ein Münsterländer Hersteller von Netz- und Ladegeräten, stellt Steckernetzteile her. In der Produktion schaut ein Vision-Sensor FA45 von Sensopart – 120 Millimeter entfernt – frontal auf die Spitzen der Kontaktstifte und meldet bei einer Abweichung von mehr als fünf Grad einen Fehler. Die Ursache: Entweder ist der Kontaktstift schief eingepresst, was ein Reißen der Isolation zur Folge haben kann, oder er fehlt ganz. In beiden Fällen bedeutet das den Ausschuss des Steckers. Der zweite Sensor FA45 blickt – ebenfalls lotrecht – ins Innere des Steckers: Hier müssen zwei Kontaktfedern vorhanden sein und an der richtigen Stelle sitzen. Der Messabstand des zweiten Sensors beträgt ebenfalls rund 120 Millimeter. Die Außen- und Innenprüfung erfolgt in zwei Takten; ein Greifer hält den Stecker während der beiden Messungen und richtet ihn frontal zum jeweiligen Sensor aus.

Beide Prüfungen erfolgen über einen Mustervergleich. In jedem der beiden Sensoren sind je zwei Musterbilder abgelegt – für jeden Kontakt eines. Die Bilder sind logisch UND-verknüpft; bei Nichterkennung eines der beiden Kontakte wird der Schaltausgang des Sensors ausgelöst. Die beiden Sensoren sind wiederum über die SPS verknüpft: Meldet einer von ihnen einen Fehler, wird das Teil aussortiert. Die Triggerung der beiden Vision-Sensoren erfolgt ebenfalls extern über die SPS.

Prozesssicherheit gewährleistet

In umfangreichen Versuchen im SensoPart-Applikationslabor sowie Feldtests bei Friwo wurde geprüft, ob die geforderte Erkennungsrate von 100 Prozent bei der vorgegebenen Taktzeit von 200 Millisekunden gewährleistet ist. Aufgrund der leistungsfähigen Bildverarbeitung des FA45 stellte dies kein Problem dar.
 
Sehr wichtig für die Prozesssicherheit war auch die Wahl des richtigen Lichts: Für die Prüfung der Außenkontakte reichte das integrierte Licht des Sensors aus, für die Prüfung der innen liegenden Kontakte wurde ein zusätzliches Flächenlicht installiert. Die direkte Anstrahlung (Hellfeld-Beleuchtung) der Metallkontakte nutzt deren Reflexionsvermögen aus, sodass sie sich deutlich vom schwarzen Kunststoff des Steckergehäuses und der Isolierung abheben. Da die Kontaktflächen der Federn schräg im Innern des Steckers sitzen, ist das Flächenlicht in einem Winkel von rund 45 Grad angeordnet, um die gewünschte Reflexion zu erzielen. Sowohl für das Flächenlicht als auch für das integrierte Sensorlicht wurde aus Gründen der Fremdlichtsicherheit Rotlicht gewählt.

Der rechte Stecker steht zu weit links – aus Sicherheitsgründen muss das Teil aussortiert werden	Der linke Stift fehlt – das Teil wird aussortiert

 
Alternative Lösungen zum Vision-Sensor kamen aus verschiedenen Gründen nicht zum Einsatz. Ein Kontrasttaster wäre aufgrund des für die Greiferbewegung erforderlichen Arbeitsabstands von 120 Millimeter nicht geeignet gewesen (Kontrasttaster werden überwiegend im Nahbereich bis 20 Millimeter eingesetzt). Bei einem Reflexionstaster mit Hintergrund-Ausblendung hätte wiederum die Toleranz der Bauteile und das Spiel in der Zuführung eine prozesssichere Lösung schwierig bis unmöglich gemacht. Deshalb erwies sich die Bildverarbeitung als beste Wahl.
Zum Einsatz kam der Vision-Sensor FA45, der in einem kompakten (45 x 45 x 64 Millimeter) und hochdichten (IP65/67) Aluminiumstrangguss-Gehäuse alle Komponenten der Bildverarbeitung unterbringt: CCD-Kamera, Weißlicht-/Rotlicht-LEDs zur Ausleuchtung des Messobjekts, Standard-M12-Sensorsteckverbinder, SPS-kompatible I/O- und Datenschnittstellen (RS 422, 100-Mbit-Ethernet) sowie einen leistungsstarken Signalprozessor für die Auswertung der Messdaten. Zwei Varianten mit integriertem Objektiv (Brennweite sechs oder zwölf Millimeter) sowie eine C-Mount-Version für Wechselobjektive ohne interne Beleuchtung stehen zur Auswahl. Für die Anwendung bei Friwo wurde die Rotlichtvariante mit Zwölf-Millimeter-Objektiv gewählt.
 

Null Fehler in vier Monaten

Nach Abschluss der Feldtests ist die Anwendung inzwischen seit vier Monaten in der Serienproduktion im Einsatz – seitdem werden pro Tag 5500 Steckernetzteile störungsfrei von den beiden Vision-Sensoren geprüft. „Wir sind mit der von SensoPart realisierten Lösung sehr zufrieden“, sagt der zuständige Mitarbeiter bei Friwo Gerätebau. „Die bei den früheren Sichtprüfungen unvermeidlichen Fehler gehören nun endgültig der Vergangenheit an“, so der Mitarbeiter weiter.

Erschienen in: A&D Oktober 2009