Blitzblanke Bänder

Fokus/Qualitätssicherung

Kleinsten Kupferbauteilen, so genannten Leadframes, verdanken wir die Vielfalt und die Miniaturisierung elektronischer Technologien. Ausgangsprodukt sind Kupferbänder mit nahezu perfekten Oberflächen.

07. Mai 2014

Bildet Stahl das Rückgrat der modernen Welt, so fließt durch Milliarden Kilometer Kupferleitungen ihr Lebenselixier: elektrischer Strom. Smartphones, Photovoltaik, Internet-Kommunikation und Mobilität – erst Leadframes aus Kupfer machen sie in der heutigen Form möglich. Dabei fordert der Trend zur Miniaturisierung immer hochwertigere Materialien. Gefertigt aus kilometerlangen Kupferbändern, dürfen diese selbst im Mikrometerbereich so gut wie keine Mängel aufweisen. Grund genug für einen der Marktführer auf dem Gebiet der Fertigung von Kupferwalzprodukten, die Wieland-Werke AG, auf modernste Oberflächen-Inspektionssysteme von Cognex zu vertrauen. Smartview-Kamerasysteme sorgen nicht nur für herausragende Produktqualität, sie beschleunigen und optimieren auch die Fertigungsprozesse selbst.

Fehler erkennen und systematisieren

Als Visionär der Branche setzte Wieland bereits 1994 erste automatisierte Oberflächen-Inspektionssysteme ein. Heute vertraut das Unternehmen in seinen Werken rund um den Globus auf die technische Finesse von insgesamt 16 Smartview-Systemen. Allein acht versehen im Stammwerk Vöhringen ihren Dienst. Wie eines davon in der Praxis arbeitet und was es zu leisten im Stande ist, zeigt das Beispiel des Durchlaufofens DO50.

Heute verlangt so gut wie jeder Kunde von Wieland individuelle Lösungen für seine speziellen Produkte. Die Anlagen fahren daher oft im Stundentakt hinsichtlich technischer, physikalischer und geometrischer Eigenschaften unterschiedlichste Kupferbänder. So werden auf dem Durchlaufofen DO50 mehrere hundert verschiedene Rezepturen verarbeitet. Hinzu kommen etliche kundenspezifische Merkmale wie Banddicke, Biegbarkeit und Zugfestigkeit sowie Oberflächenbeschaffenheit. Aus 800 mm breiten und bis zu 12 km langen Bändern fertigen Wieland-Kunden Stanzprodukte mit feinsten Strukturen. Bei Durchlaufgeschwindigkeiten bis 100 m/min ist eine wirkungsvolle Qualitätskontrolle nur mit einem automatisierten Oberflächen-Inspektionssystem möglich.

Mittels Smartview lassen sich im Herstellungsprozess auftretende Oberflächenanomalien objektiv und reproduzierbar detektieren und klassifizieren. Dabei werden vor allem zwei Fehlerarten betrachtet: systematisch auftretende Wiederholfehler wie Walzenabdrücke, resultierend unter anderem aus Oberflächenbeschädigungen oder Verschmutzungen auf den Walzen, und unregelmäßig auftretende Fehler. Dazu gehören Aufbrüche, verursacht durch Verunreinigungen aus dem Gießprozess, Emulsionsrückstände, Verschmutzungen oder auch eingewalzte Insekten. Eine einmal für einen Kunden erstellte Rezeptur mit Inspektionsparametern kann gespeichert werden und lässt sich Wochen später wieder laden, wenn für den gleichen Kunden ein ähnlicher Auftrag produziert wird.

Hell- und Dunkelfeldkameras

Am DO50 kontrolliert Smartview die Qualität der Kupferbänder mit synchronisierten Kameraansichten. An einer platzsparenden Umlenkstation mit S-Rolle arbeiten jeweils zwei Hell- und Dunkelfeldkameras an der Bandober- und -unterseite. Je eine Kombination aus Hell- und Dunkelfeldkamera inspiziert die halbe Bandbreite. Robuste Gehäuse schützen sie vor Verschmutzung. Während die zwei tiefer angeordneten Hellfeldkameras das von einem Lichtbalken direkt aufs Kupferband projizierte 8 mm breite Lichtsignal aufnehmen, erfassen die im oberen Bereich der Anlagen befindlichen Dunkelfeldkameras das nachgeordnete Streulicht aus einem anderen Aufnahmewinkel. Jede der Zeilenkameras verfügt über eine Auflösung von 4096 px. Mit einer Gesamtzahl von rund 8200 px entgeht den automatischen Augen auf dem 800 mm breiten Band nicht der kleinste Fehler. Die Synchronisation der Hellfeld- und Dunkelfeldkameras führt zu einer bestmöglichen Detektion der klassischen Oberflächenanomalien. Durch die Kombination der Ergebnisse aus Ober- und Unterseiteninspektion stehen zusätzliche Merkmale zur Klassifikation der Objekte zur Verfügung.

Dank leistungsfähiger Zeilenkameratechnik bieten synchronisierte Kameraansichten für jede Applikation die optimale Kombination und erlauben so den flexiblen Einsatz unterschiedlicher Konstellationen und Inspektionswinkel. Die Anordnung im DO50 von Wieland bezeichnen die Bildverarbeitungsexperten auch als ›Synchronized View Processing‹. Dazu werden, wie beschrieben, zwei Reihen von Kameras im Hell- und Dunkelfeld installiert. So gelingt es, selbst unterschiedlichste Reflexionseigenschaften einzelner Fehler zuverlässig abzudecken. Indem Smartview die Fehlerbilder aus Hell- und Dunkelfeld in Echtzeit zusammenführt, lassen sich Fehlertypen exakt klassifizieren.

Smartview detektiert und klassifiziert automatisch, basierend auf den vorher vom Systemadministrator festgelegten Detektionsparametern und Klassifikatoreinstellungen. Das moderne Oberflächen-Inspektionssystem erkennt daher Fehler nicht nur, es trifft auch selbstständig eine intelligente Vorauswahl auf Basis von Schwellwertgrenzen. Tolerierbare Merkmale führen nicht zu unnötigen Fehlermeldungen. Wurden die Bilddaten kritischer Materialmerkmale im intelligenten Kamerasystem vorbearbeitet und an die Anlagensteuerung sowie den zentralen Server zur weiteren Auswahl weitergeleitet, bewertet anschließend ein erfahrener Mitarbeiter das Fehlerbild im Detail.

Der gesamte Vorgang Bilderfassung, -auswertung und Datenaustausch erfolgt in Sekundenbruchteilen. Positionsdaten, Grauwertverlauf, Orientierungsachsen und Segmentierungen werden als fehlerspezifisches Datenpaket zusammengestellt – insgesamt eine Vielzahl Merkmale, die Smartview pro Fehlerbild ermittelt. Die Daten werden bis zum letzten Prozessschritt weitergeleitet.

Intelligent standardisiert, effizient adaptiert

Waren die ersten Oberflächen-Inspektionssysteme bei Wieland noch teure Sonderlösungen, so bieten heute die standardisierten Smartview-Kamerasysteme von Cognex unternehmensweit eine technisch effiziente und ökonomisch sinnvolle Fehlerdiagnostik. Das flexible System baut auf ein hundertfach erprobtes Zusammenspiel aus Industriekameras, variabler Beleuchtung und leistungsstarker BV-Software. Die insgesamt 16 Smartview-Systeme, die Wieland weltweit einsetzt, sind vom Aufbau her prinzipiell identisch, unterscheiden sich jedoch in der individuellen Adaption an die jeweilige Applikation.

Die Kombination aus Standardisierung und Individualisierung senkt nicht nur die Anschaffungskosten, sie reduziert auch nachhaltig den Aufwand für Inbetriebnahme, Wartung und den weltweiten Austausch von Daten. So kann Wieland rund um den Globus auf eine an allen Fertigungsstandorten gleichermaßen zuverlässige wie extrem schnelle Oberflächeninspektion vertrauen. Mit Cognex Smartview erfüllen Walzprodukte von Wieland höchste Qualitätsstandards – unabhängig davon, ob sie in Vöhringen, Villingen, Langenberg, Birmingham oder Singapur produziert werden.

Ralf Baumann

Fachjournalist aus Karlsruhe

Zahlen & Fakten

Cognex entwickelt, produziert und vermarktet industrielle Bildverarbeitungslösungen und ID-Systeme, die Maschinen ein ›intelligentes Sehen‹ ermöglichen. Die Systeme werden für vielfältige Prüf-, Identifikations- und Steuerungsanwendungen im gesamten Herstellungs- und Vertriebsprozess eingesetzt. Cognex ist ein weltweit führender Anbieter industrieller BV-Systeme und ID-Produkte mit über 900000 ausgelieferten Systemen, die einem kumulierten Umsatz von über 3,5 Mrd. € seit der Gründung 1981 entsprechen.

Erschienen in Ausgabe: 03/2014