Winkelmessung: Ready-to-use oder lieber individuell?

Gesenkbiegemaschinen bringen Metallteile mit hohem Druck in Form. Dabei müssen die Eigenschaften des Rohmaterials ebenso berücksichtigt werden wie Dicke, Walzrichtung und Temperatur des Werkstücks. Um präzise Ergebnisse zu erzielen, setzen immer mehr Unternehmen auf intelligente Systeme zur Winkelmessung. Vision Components hat dafür einen Baukasten entwickelt, mit dem OEM-Hersteller in kürzester Zeit zur eigenen Lösung kommen. Den Grad der Individualisierung können sie dabei selbst wählen.

Basis der optischen Inline-Inspektionssysteme ist der Laser-Lichtschnittsensor VC Nano 3D-Z. Jeweils ein Sensor wird beidseits der Matrize installiert und misst direkt den Winkel des Werkstücks. Das Messergebnis wird in Echtzeit an die Maschinensteuerung übermittelt und kann mit einem programmierten Referenzwert verglichen werden. So ist eine unmittelbare Nachregelung des Anpressdrucks während des Biegevorgangs möglich. Dabei arbeitet das System autark und ist vollständig kalibriert. Jeder der beiden Sensoren besteht aus einem Lasermodul und einer intelligenten Kamera, die aufeinander abgestimmt und in einem kompakten sowie robusten Gehäuse untergebracht sind. Die komplette Analyse der Daten findet in den Sensoren statt, sodass keine zusätzliche Recheneinheit benötigt wird. Der VC Nano 3D-Z Laserscanner verfügt außerdem über einen großen Erfassungsbereich, sodass mit nur einer Montageposition unterschiedlich große Matrizen verwendet werden können.

Eine besondere Herausforderung beim Blechbiegen ist die schnelle und präzise Anpassung des Anpressdrucks während des Biegevorgangs. Um das zu ermöglichen, arbeiten die Systeme von Vision Components mit einer Geschwindigkeit von bis zu 400 Hz und einer Messgenauigkeit von +/- 0,1°. Außerdem übertragen sie direkt den Winkel – nicht nur die Rohdaten – an die Steuerung der Biegemaschinen. Die Anbindung an eine SPS ist bereits vorgesehen und entsprechend einfach und unkompliziert möglich. Die Sensoren von VC sind in Steuerungen bekannter Hersteller wie zum Beispiel Delem und Cybelec bereits für die Integration vorgesehen und müssen lediglich aktiviert werden. Weitere Integrationen sind in Vorbereitung. Matrizen- und Sensordaten können damit direkt über die Steuerungen verwaltet werden. Zahlreiche internationale Hersteller von Gesenkpressen setzen ebenfalls auf die Winkelmesssysteme von VC und integrieren sie in ihre Maschinen. Eine dieser Firmen ist das deutsche Unternehmen Placke. Carsten Placke, Produktentwicklung und Geschäftsführer von Placke: „In unsere Gesenkbiegemaschinen integrieren wir die VC Nano 3D-Z Laser-Triangulationssysteme, um die Eintauchtiefe während des Biegevorgangs in Echtzeit regeln zu können. Die Systeme sind zuverlässig, robust und lassen sich schnell und einfach installieren und einsetzen."

Die VC Nano 3D-Z Triangulationssysteme eignen sich besonders für die Prozess- und Qualitätskontrolle in der Metallverarbeitung, unter anderem aufgrund ihres blauen Hochleistungslasers. Dieser ist speziell für die hohen Anforderungen optimiert, die glänzende, metallische Oberflächen stellen. Die Lasersensoren können damit universell für die Vermessung von Stahl, Aluminium und anderen Metallen verwendet werden und eignen sich sogar für folierte Werkstoffe. Dank der von VC eigenentwickelten „Ambient Light Suppression“ Technologie sind sie extrem unempfindlich gegenüber Umgebungslicht von bis zu 100.000 lx. Erreicht wird das durch die Kombination des leistungsstarken Lasers mit sehr kurzen Verschlussraten. Durch diese Technologie erreicht der Laserscanner auch die Einstufung in die unkomplizierte Laserklasse 2.

Für die schnelle, einfache und kostengünstige Integration in OEM-Anwendungen sind die Lasersensoren mit einem industrietauglichen und gemäß Schutzart IP67 gegen Schmutz und Spritzwasser geschützten Gehäuse ausgestattet, das über Passbohrungen für eine präzise Montage verfügt. So ähnlich Anwendungen und Anforderungen für Triangulationssensoren in der Metallverarbeitung aber oft auch sind: Häufig passen fertige Sensoren nicht optimal für die OEM-Integration. Deshalb bietet Vision Components neben den direkt einsatzfertigen VC Nano 3D-Z Profilsensoren auch einen umfangreichen Baukasten für kundenspezifische Designs an. OEM-Hersteller erhalten individuelle Gehäuse nach ihren Vorgaben und können eigene Steckervarianten als Alternative zu den beiden M12-Konnektoren für Power und Ethernet wählen.

Für die perfekte Integration in eigene Sensorgehäuse sind die Komponenten – das Kameramodul mit Optik, die Elektronik inklusive programmiertem FPGA-Modul für die Laserlinien-Erkennung und das Laser-Modul – außerdem auch als Einzelkomponenten erhältlich. So können Hersteller von Sensoren oder Maschinen ein für sie perfektes Set zusammenstellen, das zum Beispiel zu bereits vorhandenen Elementen passt. Im Ergebnis wählen sie den gewünschten Grad an Fertigstellung und Individualisierung und kommen damit einfach und schnell zum eigenen Triangulationssensor. Für andere Anwendungen sind die Sensoren auch in weiteren Größen und für Arbeitsabstände zwischen 55 mm und 3.270 mm zu haben. Gleichzeitig werden Entwicklungszeit und -kosten sowie das Risiko im Design mit dem modularen Baukasten deutlich reduziert, weil vielfach bewährte und aufeinander abgestimmte Komponenten für die individuellen Sensoren zum Einsatz kommen. So verwendet VC zum Beispiel rund um die Optik spezielle Materialien, mit denen die Sensoren eine enorm hohe Temperaturstabilität erreichen. In Kombination mit dem robusten Gehäuse und der Langzeitverfügbarkeit aller Komponenten sind die Systeme optimal geeignet für den Einsatz in industriellen Anwendungen.

Eine Besonderheit der VC Nano 3D-Z Sensoren ist die Onboard-Datenverarbeitung. Dafür baut das System auf ein sogenanntes SoC (System on Chip) auf, das aus einem FPGA-Anteil und einem Dual-Core ARM-Prozessor basiert. Der FPGA-Chip übernimmt dabei die Laserliniendetektion, sodass die volle Rechenleistung des ARM-Prozessors für die Winkelberechnung und die Kommunikation mit der SPS beziehungsweise dem Controller zur Verfügung steht. Die Auswertung der 3D-Punktewolke findet mit diesem Setup in Echtzeit und direkt auf dem System statt, sodass nur das Ergebnis der 3D-Triangulation per 1-Gbit-Schnittstelle an eine zentrale Steuerung übergeben wird. Dieses Vorgehen ist extrem effizient und wirtschaftlich: Eine externe Recheneinheit ist nicht notwendig. Alternativ können die 3D-Punktwolken auch ohne anschließende Analyse übertragen werden, sodass sie bei Bedarf mit bestehenden Applikationen auf einem angeschlossenen PC ausgewertet werden können.

Ob als komplett einsatzbereiter Sensor für die direkte Integration in Maschinen zur Metallbearbeitung oder als Komponenten-Bausatz für individuelle Triangulationssensoren: Hersteller von Blechbiegemaschinen steigern mit der Integration der leistungsfähigen Inline-Winkelmessung die Winkelhaltigkeit ihrer verarbeiteten Bleche und erhöhen damit Produktivität und Wirtschaftlichkeit ihrer Maschinen. Der modulare Baukasten von Vision Components ist dabei geeignet, um den passenden Kompromiss aus individueller Gestaltung und schneller Serienreife zu finden.