Wie Innovationen im Bereich der Bildverarbeitung auch Automatisierungsprozesse nachhaltig beeinflussen

Unternehmen, die werkerbasierte Arbeitsinhalte auf automatisierte Lösungen übertragen, gehören zu einem Industriebereich mit besonders komplexen Ansprüchen – vor allem dann, wenn das Produkt global vermarktet werden soll. Denn der internationale Konkurrenzdruck ist ausgesprochen hoch. Zudem erscheinen die Aufgaben eines Automatisierers so vielfältig und diffizil wie das Einfädeln eines Fadens in ein Nadelöhr. Dabei geht es darum, die angestrebte Präzision zu vertretbaren Kosten zu erreichen.

Präzision

Doch Präzision gilt als Kostentreiber. Die Beantwortung dieser Kosten-Nutzen-Frage war der Ausgangspunkt für die Entwicklung eines neuen Konzeptes.

Um bei dem Beispiel des Einfädelns eines Fadens zu bleiben: Will man den Faden manuell einführen, so muss man sich auf das Nadelöhr konzentrieren und die Bewegungen jedes einzelnen Fingers im Millimeterbereich so lange korrigieren, bis der Faden das Öhr gefunden hat. Das dauert. Die Augen liefern dabei die Informationen, die Finger verrichten die Zustellbewegung. Nur auf den allerletzten Millimetern der Strecke wird die eigentliche Präzision benötigt.
Nun stellen Sie sich bitte vor, Sie schließen die Augen. Auch jetzt ist es noch möglich, den Faden durch das Nadelöhr zu führen – allerdings mit „Tricks“ und einem deutlich höheren Aufwand: Die Nadel muss unverrückbar befestigt werden, der Faden braucht eine präzise Führung. Dessen Position wird durch Sensorik abgefragt. Mit anderen Worten: Die Präzision muss  über eine viel längere Streckenführung sichergestellt werden, als dies manuell erforderlich ist, denn die „Augen“ fehlen.
In der jüngeren Vergangenheit ist es gelungen, der industriellen Bildverarbeitung Systeme zur Verfügung zu stellen, die genau dies leisten können. Die Technik ist jetzt da, und das ändert vieles. Dabei werden Servomotoren entweder direkt von einer Kamera oder via einer SPS gesteuert. Die rein mechanisch basierte Präzision tritt in den Hintergrund und wird durch einen Regelkreis ersetzt.
Zwar kosten derartige Kamerasysteme rund 20.000 €. Doch lohnt sich eine solche Investition, wenn berücksichtigt wird, dass bei manchen Maschinen mehrere Funktionseinheiten inklusive Servoantriebe nicht mehr benötigt werden. Denkbar ist aber auch, dass mit Hilfe der Kameratechnik preiswertere technische Lösungen erst möglich gemacht werden.  Die Folge: In vielen Automatisierungsbereichen sind die Konstrukteure nun aufgefordert, umzudenken.

Die neuen Lösungsansätze müssen in die eingeübten Lösungsmuster berücksichtigt und integriert werden

Industrielle bildverarbeitende Systeme besitzen außerdem sicherheitsrelevante Vorteile, etwa bei der Schraubtechnik. So kommen beispielsweise bei der Verschraubung von Rotorblättern für Windkraftanlagen stattliche 1.600 Nm zum Einsatz. Ein solches Drehmoment bewirkt eine so hohe Vorspannung in der Schraube, dass bei Versagen der Schraube die Bruchstücke wie Geschosskugeln durch die Luft fliegen und Personen in der Nähe tödlicher Gefahr aussetzen. Mit einem bildverarbeitenden System dagegen ist diese Gefahr gebannt. Denn die Anwesenheit von Menschen ist bei diesen Arbeitsschritten verzichtbar.

Dazu der Schraubtechnik-Experte Volker Thierjung von Pro-Automation GmbH :
„An die Verschraubung von Rotorblättern für Windkraftanlagen werden maximale Ansprüche gestellt. Die im Betrieb der Anlagen wirkenden Kräfte sind enorm. Die Ansprüche an die Zuverlässigkeit der Verschraubung sind so hoch, dass man definitiv die Vorspannung der Schraubverbindung kennen muss. Im Maschinenbau sind prinzipiell ziehende und drehende Anzugsverfahren gebräuchlich. Dabei ist die Vorspannung einer Verschraubung das wesentliche Kriterium. Das Wesen einer Schraubverbindung besteht in der Schraubenlinie von Schraube und Mutter. Sie stellt die Funktionsfläche zwischen beiden dar. Der Steigungswinkel dieser Schraubenlinie ist für die einzelnen Nenndurchmesser der Schrauben genormt. Sie wird in Millimeter pro Schraubenumdrehung angegeben. Durch Drehung einer der beiden Komponenten beim drehenden Anzugsverfahren ergibt sich eine Längung des Schraubenschafts. Dabei wird versucht, durch Drehen der Mutter die Klemmlänge zu verkürzen. Beim ziehenden Verfahren wird die Schraube mittels eines Hydraulikzylinders gestreckt und die Mutter im Anschluss beigedreht.
Ein ziehendes System benötigt ein hydraulisches Werkzeug, das die Vorspannung der Schraube ermittelt. Das Verfahren hat einige Vorteile, birgt aber die Gefahr, dass unkontrollierte Kräfte frei werden und die gespannte Schraube zu einem gefährlichen Projektil wird, wenn sie bricht. Also muss der Prozess so automatisiert werden, dass der Schraubvorgang einschließlich der Positionierung der Schlüssel auf der Schraube ohne Menschen stattfinden kann. Die Zielkoordinaten für den Stellantrieb werden durch die Kamera ermittelt und bereitgestellt.“