Nullpunktverschiebung mit Kamera

Schnelle Serienproduktion

Erste Wahl zur genauen Ermittlung des Werkstücknullpunkts sind schaltende Messtaster. Für Anwendungsfälle mit dem Fokus auf Geschwindigkeit statt auf maximale Genauigkeit kann eine hochauflösende Kamera eine Alternative sein: Ohne Verfahrbewegungen kann sie den Werkstücknullpunkt schneller ermitteln.

 

Dabei erfasst eine Kamera im Maschinenraum die Umrisse des Rohteils. Das Kamerabild wird mit dem Referenzbild eines korrekt montierten Werkstückes verglichen. Bei diesem Vergleich errechnet das System Position und Verdrehung des Werkstücks und korrigiert die Nullpunktverschiebung automatisch.

Übernimmt auch Zusatzaufgaben 

Ein weiterer Vorteil der kamerabasierten Nullpunktermittlung: Eine im Maschinenraum installierte Kamera kann zusätzliche Aufgaben übernehmen. Sie kann zum Beispiel zur Rohteilerkennung zwecks NC-Programmauswahl genutzt werden, zur Dokumentation und zur Fehleranalyse des Bearbeitungsprozesses, für das Track-and-Trace von Werkstücken anhand von Seriennummern und Codes, und nicht zuletzt für Schulungen und zur Qualitätssicherung. 

Muster- und Objekterkennung an der CNC-Maschine

Das hier gezeigte Beispiel nutzt als Kamera das SIMATIC MV440 1D/2D-Code-Lesesystem. Es ist für den Einsatz im Industrieumfeld entwickelt. Seine kompakte Bauform, mehrere Beleuchtungsoptionen, Kommunikations- und Anschlussmöglichkeiten erleichtern den Einsatz. Je nach Softwareoption kann das Code-Lesesystem zur Text- und/oder Objekterkennung genutzt werden. Beim Einsatz dieser Kamera für die Nullpunktermittlung wird aus dem Bild des Rohteil bzw. Werkstücks die Lage ermittelt. Aus dem Vergleich der Rohteillage mit einem Referenzteil werden Verschiebung und Verdrehung in zwei Dimensionen (z. B. als X- und Y-Werte) bestimmt. Die Korrektur des Nullpunkts erfolgt über die NC-Befehle ATRANS und AROT im Teileprogramm.

Kamerakalibrierung

Für den automatisierten Messvorgang muss die Kamera vorab auf ein Referenzteil kalibriert werden.

 

Voraussetzungen:

  • Die Kamera muss achsparallel über dem Maschinentisch montiert sein. Im Beispiel ist die Kamera per PROFINET mit einer SINUMERIK 828D verbunden. 
  • Der Skalierungsfaktor der Kamera muss bekannt sein (Verfahrweg der Achse pro Pixel, Abstand Kamera Werkstückoberfläche und ggfs. Brennweite des Objektivs berücksichtigen)

Kalibrieren:

  • Das Musterwerkstück wird in die Maschine gespannt
  • Es wird ein definierter Z-Abstand der Kamera zum Referenzteil angefahren. Die Position muss im Schärfebereich der Kamera liegen. 
  • Die X- und Y-Position bzw. die Nullpunktverschiebung werden als Anwenderdaten (GUD) gespeichert.
  • Bilder des Referenzteils erstellen
  • In der mitgelieferten Kamerasoftware Erkennungsmerkmale des Werkstücks (z. B. Ecken, Löcher) für die Messung markieren.

Die Koordinaten der Erkennungsmerkmale werden als Pixelwerte in X und Y erfasst und der SINUMERIK-Steuerung übergeben. Diese Pixelwerte können dann mit dem vorher ermittelten Skalierungsfaktor in Verfahrwege umgerechnet werden.

 

Anwenderdefinierte Dialoge, die mit "Run MyScreens" erstellt wurden, erleichtern die Kalibrierung. 

Messung im Automatikbetrieb

Im Automatikbetrieb fährt die Kamera an die vorher kalibrierte Referenzposition und erstellt ein Bild des Rohteils. Dieses Bild vergleicht die Auswertungssoftware mit dem Referenzbild und ermittelt anhand der Erkennungsmerkmale die Verschiebung und die Rotation des Rohteils zum Referenzteil. Im Programm (siehe Download-Link unten) erfolgt dann automatisch eine Korrektur der Nullpunktverschiebung über ATRANS und AROT.

Sehr schnell oder sehr genau?

Das kameragestützte Vorgehen spart Zeit gegenüber einer Lagemessung mit schaltendem Messtaster. Abstriche müssen bei der Wiederholgenauigkeit in Kauf genommen werden, sie ist den Faktoren Ausleuchtung, Kontrast und Oberflächenbeschaffenheit abhängig. Die erzielbare Genauigkeit bei der Lageermittlung liegt bei +/- 0,02 mm, die Rotation kann bis auf +/- 0,2 Grad ermittelt werden. Für viele Anwendungsfälle in der Serienproduktion ist dies ausreichend. Der Zeitgewinn wiegt in diesen Fällen schwerer als die Abstriche bei der erzielbaren Genauigkeit.

Feedback

Haben Sie Fragen zum Thema oder einen Themenvorschlag?

Schreiben Sie uns!