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Smartkamera lässt Räder rund laufen

Bildverarbeitungsbasiertes Montagesystem montiert Räder an Fahrzeugkarossen direkt am Fließband

  • Durch die Automatisierung der Radmontage können Automobilhersteller nicht nur Arbeitskosten drastisch reduzieren, sondern die gesamte Fertigungsqualität verbessern, da Montagefehler vermieden werden. Quelle: IBG Automation GmbH

  • Zwei sechsachsige Kuka Industrieroboter— zu beiden Seiten der Fahrzeugkarosse —entnehmen Radschrauben und Felgen aus der Bereitstellungsstation und montieren sie an das Fahrzeug. Jeder Roboter verfügt über eine Smartkamera Matrox Iris GT. Quelle: IBG Automation GmbH

  • Das Visionsystem der Anlage basiert auf der Smartkamera Matrox Iris GT. Die Anwendung wurde mit dem Matrox Design Assistant entwickelt, einer integrierten Entwicklungsumgebung (IDE), die mit der Kamera geliefert wird. Quelle: Matrox Imaging

  • Die Smartkamera Matrox Iris GT lokalisiert den Mittelpunkt der Felge und berechnet seine Position (x, y), die Rotation (Rz) des Lochkreises und die Entfernung zur Kamera (z) mit kalibrierten Koordinaten. Bevor diese Koordinaten an den Roboter weitergeleitet werden, überprüft die Smartkamera, ob das erkannte Felgendesign mit dem vorgegebenen Design übereinstimmt. Quelle: IBG Automation

  • Dreizehn verschiedene Radkombinationen — sieben Felgendesigns und vier Lackarten — werden erkannt. Die gesamte automatische Radmontage hat eine Durchlaufzeit von 54 Sekunden. Quelle: Automation GmbH

  • Die Firma IBG Automation gehört zur Goeke Technology Group. Seit 30 Jahren entwickelt Goeke innovative Roboter- und Automatisierungssysteme, die speziellen Kundenanfor- derungen gerecht werden, für die Industrien Automotive, Pharma, Chemie, Lebensmittel, Luft- und Raumfahrt, Elektronik, Energie, Konsumgüter und Telekommunikation. Das Unternehmen hat mehr als 200 Beschäftigte in Deutschland und den USA. Quelle: IBG Automation


Der Einsatz von manuellen Montagetechniken am Fließband ist bei der Anbringung von Rädern an Fahrzeugen extrem kostenintensiv für die Automobilhersteller, da mehrere Montagearbeiter für die Ausführung dieses Arbeitsschrittes notwendig sind.

Die Firma IBG Automation GmbH aus Neuenrade/Deutschland, ein Lieferant von Automatisierungslösungen, hat ein sehr komplexes Montagesystem für die Automobilindustrie entwickelt, bei dem PKW-Räder am Band automatisch an die Karosse montiert werden. Dieses hochflexible System kann bei einer Vielzahl von Fahrzeug- und Radtypen eingesetzt werden. Durch die Automatisierung dieses Montageprozesses können Automobilhersteller nicht nur Arbeitskosten drastisch reduzieren, sondern auch die gesamte Fertigungsqualität erhöhen, da Montagefehler vermieden werden.

Zwei sechsachsige Kuka Industrieroboter — zu beiden Seiten der Fahrzeugkarosse platziert — nehmen Radschrauben und Felgen aus der Bereitstellungsstation auf und schrauben sie an das Fahrzeug. Die Roboter arbeiten synchron mit der Fördertechnik des Fahrzeuges und folgen während der Montage der Bewegung des Fahrzeuges. Jeder Roboter verfügt über eine spezielle Beleuchtung mit Polarisations- und Infrarotfiltern sowie eine Smartkamera Matrox Iris GT. Die Smartkamera lokalisiert den Mittelpunkt der Radfelge und berechnet seine Position (x, y), die Rotation (Rz) des Lochkreises und die Entfernung zur Kamera (z) mit kalibrierten Koordinaten. Bevor diese Koordinaten an den Roboter übermittelt werden, wird durch die Smartkamera überprüft, ob das erkannte Felgendesign mit dem von der SPS-Steuerung vorgegebenen Design übereinstimmt. Dieser letzte Prüfschritt verhindert die Montage einer falschen Felge an die Fahrzeugkarosse. Dreizehn verschiedene Radkombinationen können dabei identifiziert werden — sieben Felgendesigns und vier Lackarten (weiß, silber, anthrazit und schwarz). Der gesamte automatisierte Prozess der Radmontage hat eine Durchlaufzeit von nur 54 Sekunden.

Smartkamera-basierte Bildverarbeitung

Das Bildverarbeitungssystem basiert auf einer Smartkamera Matrox Iris GT. Die Anwendung wurde mit dem Matrox Design Assistant entwickelt, einer integrierten Entwicklungsumgebung (IDE), die mit der Kamera geliefert wird. Mit der IDE können Nutzer eine Bildverarbeitungsanwendung durch Erstellen eines Ablaufdiagramms erzeugen, ohne Verwendung von Skripten oder Programmiersprachen wie C++. Das fertige Projekt (oder Ablaufdiagramm) wird auf die Matrox Iris GT geladen und dort lokal gespeichert. Das Projekt wird auf der Smartkamera ausgeführt und über eine webbasierte Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMS) an einem PC überwacht.

Bei der Entwicklung wurden eine Reihe von Werkzeugen bzw. Ablaufdiagramm-Schritte des Design Assistant verwendet. Bilderfassung und Bildverarbeitung werden durch einen Befehl der Netzwerkverbindung ausgelöst, der Informationen über die Messaufgabe und die voraussichtliche Felgenart enthält. Die Lokalisierung des Radlochkreises sowie die Überprüfung auf den erwarteten Designtyp wurden unter Verwendung mehrerer Schritte der Mustererkennung (Model Finder) verwirklicht. Das Metrologiemodul bestimmt die Position und die Ausrichtung der Felge, basierend auf Daten des Model Finder. Die Kommunikation zwischen den Smartkameras und der SPS-Steuerung erfolgt über eine TCP/IP-Verbindung. Die Ergebnisse und Bilder werden unter Verwendung von TextWriter- und ImageWriter-Schritten in einem gemeinsamen Netzwerkordner aufgezeichnet und können zwecks Fehleranalyse vom rechnerfernen Wartungspersonal heruntergeladen werden.

Einige Herausforderungen

IBG verwendet schon seit längerem die Smartkamera-Technologie von Matrox. Kai Kluwe, Leiter Softwareentwicklung Machine Vision/Measurement bei IBG, erläutert: “Unsere Erfahrungen mit den Smartkameras Matrox Iris und der Software dazu sind sehr positiv — wir haben in der Vergangenheit bereits erfolgreiche Projekte unter Verwendung der leistungsfähigen kantenbasierten Suchwerkzeuge des Design Assistant verwirklicht.” Darüber hinaus ist IBG mit dem Niveau des angebotenen technischen Supports sehr zufrieden. IBG hat nicht nur qualifizierte Unterstützung von der Firma Rauscher GmbH, dem Master Distributor von Matrox Imaging Deutschland, erhalten, sondern konnte auch von dem Fachwissen des in Montreal ansässigen Vision Squad Teams von Matrox Imaging profitieren. Vision Squad ist ein Team von Algorithmus-Spezialisten, die den Kunden darin unterstützen, die Machbarkeit der Anwendung einzuschätzen und die am besten geeignete Software von Matrox auszuwählen, um das Projekt zu verwirklichen. In diesem Fall bestanden Herausforderungen u. a. darin, dass IBG verschiedene Design- und Farbkombinationen in Verbindung mit den in der Bereitstellungsstation befindlichen Felgen bestimmen musste. Ein intelligenter, auf dem Geometric Model Finder und Metrologie-Schritten basierender Algorithmus war notwendig, um ausschließlich die indikativen Merkmale der Felgen im Vordergrund zu verwenden und die der dahinter liegenden Felgen zu ignorieren. Weitere Herausforderungen bestanden in den unterschiedlichen Einstellungen für Bilderfassung und Model Finder für die jeweiligen Seiten der Montagelinie sowie zusätzlich für jeden Felgentyp, um eine verlässliche Tiefenmessung mit einer 2D-Kamera sicherzustellen. “Das Vision Squad Team lieferte eine alternative und optimierte Methode der Verwendung des Metrologiewerkzeuges, so dass wir in der Lage waren, die Systemrobustheit insgesamt zu verbessern.” erläutert Kluwe.

Einsatz des Systems

Zum ersten Mal wurde das Montagesystem im Sommer 2009 bei Magna Steyr in Graz/Österreich eingesetzt — bei der Montage von Rädern des BMW X3. Im Sommer 2011 wurde die Montagelinie an die verschiedenen Felgendesigns des neuen Mini Countryman angepasst. Diese Modifizierung erforderte umfangreiche Änderungen im Design Assistant. Im März 2011 überarbeitete IBG zusammen mit der Rauscher GmbH und den Vision Squad Team von Matrox Imaging die Lokalisierungsalgorithmen, was zu einer erheblichen Verbesserung der Durchlaufzeit führte. Während des gesamten Prozesses konnte IBG von den erweiterten Leistungsmerkmalen und Funktionalitäten der neuen Version der Design Assistant Software profitieren.

Dieses auf der Smartkamera Matrox Iris basierende Inspektionssystem wird zurzeit in einer Produktionslinie bei Magna Steyr eingesetzt, um automatisch am Fließband Räder an Fahrzeugkarossen zu montieren. Bei Volkswagen in Emden/Deutschland wird das System in zwei weiteren Produktionslinien verwendet, um in Radbereitstellungsstationen die Rotation des Radlochkreises zu bestimmen. Das erste System bei Volkswagen ist seit 2009 mit einer Zuverlässigkeit von 99,9 % im Einsatz. Aufgrund dieses Erfolges hat Volkswagen die Firma IBG damit beauftragt, Anfang 2010 ein weiteres System in der zweiten Produktionslinie zu installieren.

Weitere Informationen erhalten Sie hier: Medienarbeit.

Im Herbst 2010 hat der Deutsche Industrie- und Handelskammertag die Firma IBG Automation mit dem Innovationspreis für zukunftsweisende Entwicklungen ausgezeichnet und auf der Hannover Messe 2011 hat IBG Automation den “Robotics Award” für das Automatisierungsverfahren Automatische Montage des Frontends im laufenden Betrieb gewonnen.

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