Applikation für die Inspektion von Pflastersteinen bei
Kortmann Beton entwickelt
Bei der Produktion von Betonsteinen zählt jedes Detail: selbst kleinste geometrische Abweichungen oder Farbfehler müssen erkannt werden. Kortmann Beton produziert jeden Tag über 100.000 Pflastersteine, doch bei diesen Stückzahlen ist manuelle Qualitätskontrolle ausgeschlossen. Der Steinproduzent beauftragte daher den Bildverarbeitungsexperten Ibea, eine Applikation für die Inspektion von Pflastersteinen zu entwickeln, um diese zuverlässig und schnell zu prüfen und Mangelware automatisch auszusortieren. AT Sensors lieferte dafür die erforderliche 3D-Sensorik.
120.000 Betonsteine pro Tag – so viele verlassen täglich das Werk der Kortmann Beton GmbH & Co. KG im niedersächsischen Schüttorf. Jeder einzelne dieser Steine muss bestimmte geometrische und optische Qualitätskriterien erfüllen, bevor er in den weiteren Produktionsprozess gelangt. Angesichts dieser Dimensionen wird deutlich, warum eine manuelle Qualitätskontrolle an ihre Grenzen stößt. Ermüdung, subjektive Einschätzungen und das schiere Arbeitspensum machen es unmöglich, eine gleichbleibend hohe Prüfkadenz bei insgesamt 4.000 Transportbrettern mit je 30 Steinen zu gewährleisten. Gleichzeitig ist die Qualitätssicherung in der Betonproduktion ein entscheidender Faktor. Schon kleinste Abweichungen wie Verformungen unter 0,5 mm, Mini-Risse oder Textur-Unregelmäßigkeiten können Montage- und Verlegefehler verursachen, zu Reklamationen führen und auch hohe Kosten im gesamten Fertigungsprozess verursachen.
Der Optimierungsgedanke
Genau vor dieser Ausgangssituation stand Kortmann, sodass schnell der Wunsch entstand, die Qualitätskontrolle der Betonsteine zu automatisieren. Ziel war es, sowohl die geometrische Form als auch die Farbgebung der Produkte präzise und zuverlässig zu überprüfen. Damit einher ging die Notwendigkeit, ein System zu entwickeln, das im rauen Produktionsumfeld eines Betonwerks dauerhaft stabil arbeitet, ohne dass die Bediener über tiefgehendes technisches Wissen verfügen müssen.
Ibea aus Hamburg entwickelte als verantwortlicher OEM die komplette Applikation inklusive Vision- und Robotik Software und Systemintegration. Kortmann stellte als Endkunde nicht nur die Produktionsumgebung zur Verfügung, sondern begleitete die Entwicklung mit praxisnahen Anforderungen und Feedback aus dem laufenden Betrieb.
Die Herausforderungen
Allerdings gab es im Rahmen der Applikationsentwicklung zunächst einige Herausforderungen zu meistern. Mit einem Umfang von 4.000 zu prüfenden Brettern pro Tag, auf denen jeweils rund 30 Steine liegen, musste die Applikation in der Lage sein, jedes Produkt in Sekundenschnelle zu erfassen, zu analysieren und gegebenenfalls für den Ausschuss zu markieren. Zudem wurde ein Sensor gesucht, der nicht nur flexibel auf die raue Textur und die variierende Maserung der Steine reagiert, sondern der gleichzeitig auch ein großes Sichtfeld abdeckt und dennoch eine Auflösung im Submillimeterbereich liefert. Zum Einsatz kamen eine Farbzeilenkamera (Basler) und eine 3D-Triangulationskamera (AT) mit einer Auflösung von 4.096 Pixeln pro Zeile und einer Geschwindigkeit von bis zu 24 kHz.
Die Sensorentscheidung
Die präzise Triangulationskamera projiziert eine Laserlinie über den Stein, erfasst das Höhenprofil und erkennt selbst kleinste Geometrieabweichungen – und zwar von Maß, Form und Winkel bis zu Haarrissen. „Für die Applikation war eine individuelle Sensorlösung gefragt, die sich passgenau in das von Ibea konstruierte System einbauen ließ.
Ergänzend dazu sagt Michael Newger, Entwicklungsleiter von Ibea: „Die Entscheidung für Sensoren von AT war für uns nicht zufällig. Wir haben bereits 2014 erstmals auf diese Technologie gesetzt, weil die angebotene Auflösung und Funktionalität am Markt konkurrenzlos war und in unseren Augen noch immer ist.“ Und weiter: „Darüber hinaus sind die Kameras optimal für komplexe Multisensor-Anwendungen ausgelegt, wie sie im Betonwerk erforderlich sind. Die Verfügbarkeit verschiedener Scheimpflug-Konfigurationen erlaubt außerdem eine flexible Anpassung an unterschiedliche Inspektionsgeometrien und Arbeitsabstände.
Die Softwarelösung
Ibea entwickelte für diese Applikation eine Software, die sowohl eine pixelgenaue Analyse als auch eine intuitive Bedienung ermöglicht. Erfasste Defekte werden in Echtzeit an die Inspektionssoftware übergeben, dort automatisch klassifiziert. Auf zwei Hebestationen tauscht ein Sortierroboter, auf der Basis der ermittelten Informationen, defekte Steine gegen mangelfreie Steine aus. Der Taktbetrieb bleibt somit erhalten.
Die Entwicklungsphase vom ersten Konzept bis zur Serienreife erstreckte sich über rund sechs Monate. In dieser Zeit entstand ein Prototyp, der im laufenden Betrieb umfassend erprobt wurde. Dabei lag der Fokus auf der Optimierung der Auswertungsalgorithmen, der Anpassung der Robotersteuerung sowie der präzisen Kalibrierung der Sensorparameter, bis das System die geforderte Prozesssicherheit erreichte.
Die Benefits:
Für Kortmann ergeben sich aus der Applikation gleich mehrere zentrale Vorteile. Die Anlage ermöglicht eine vollautomatische Inline-Qualitätskontrolle, die rund um die Uhr ohne Personalaufwand arbeitet und fehlerhafte Steine in Echtzeit aussortiert. Es konnten mithilfe des Systems Produktionsfehler ermittelt und beseitigt werden. Dadurch sank die Ausschussquote auf etwa ein Prozent. Gleichzeitig werden Produktionsunterbrechungen, Nacharbeit und Rückläufer deutlich reduziert, was Kosten spart, und die Prozesssicherheit erhöht. Auch das Personal profitiert, da monotone Kontrollaufgaben entfallen. Darüber hinaus lässt sich die Produktqualität lückenlos dokumentieren und gezielt vermarkten – ein klarer Mehrwert im Vertrieb.
