Das Begutachten von Pflastersteinen und Platten sowie das Aussortieren mangelhafter Exemplare auf der Trockenseite gehören zu den Tätigkeiten, die in vielen Werken noch mühsam manuell ausgeführt werden. Dieses Vorgehen ist fehleranfällig und nicht mehr zeitgemäß. Das Inspektionssystem BT Master SC der Firma ibea aus der deutschen Stadt Hamburg schafft Abhilfe.

Begutachten und Aussortieren von frischen Betonwaren auf der Trockenseite fordern den zuständigen Produktionsmitarbeitern ein hohes Maß an Konzentration und körperlichem Kraftaufwand ab. Unerwünschte Farbunterschiede, Lunkern oder feine Risse auf der Oberfläche des Betonprodukts sowie geometrische Abweichungen von der gewünschten Form müssen mit bloßem Auge erkannt, die schweren Steine bzw. Platten mancherorts noch mit Muskelkraft von der Produktionsunterlage entfernt und die Lücke dann wieder mit einem fehlerfreien Produkt geschlossen werden. Für diesen Begutachtungs- und Austauschprozess hat der Produktionsmitarbeiter zudem nur wenig Zeit. Alles in allem eine anstrengende Tätigkeit, die auch noch über mehrere Stunden am Tag ausgeführt werden muss.

Abhilfe im Betonwerk schafft das Inspektionssystem BT Master SC der Hamburger Firma ibea. Der BT Master SC ist die Abwandlung des BT Masters, eines Betonstein- und Grobkeramik-Inspektionssystems, das bereits in einigen der modernsten Werke in Europa erfolgreich eingesetzt wird. Die digitale Lösung scannt Oberflächen und Geometrie der auf einer Produktionsunterlage befindlichen Betonwaren, findet alle Abweichungen vom gewünschten Produktionsergebnis (Lunker, Eckenbrüche, Erhebungen, Senkungen, Verschmutzungen, Risse, Farb- und Texturabweichungen usw.), und ein Roboterarm ersetzt schließlich fehlerhafte durch fehlerfreie Produkte. Dadurch werden Begutachtung und Austausch in der Betonwarenproduktion endlich zu einem prozesssicheren Vorgang und die bisher zuständigen Mitarbeiter können sich anspruchsvolleren Aufgaben widmen.

Problemlose Integration in bestehende Anlagen

Das Inspektionssystem BT Master SC besteht aus drei miteinander zusammenarbeitenden Einheiten – einer Scannereinheit, einer Auswertungseinheit und einer Sortiereinheit. Die Scannereinheit erfasst mithilfe von Kameras die Ausprägung der Oberflächen und die Geometrie eines Produkts, die Auswertungseinheit vergleicht diese Ist-Werte mit den Soll-Werten für das Produkt und die Sortiereinheit schließlich nimmt Produkte, die in Oberflächenqualität und/oder Geometrie von den gewünschten Soll-Werten abweichen, von der Produktionsunterlage und füllt die entstandenen Lücken mit fehlerfreien Produkten auf.

Der Hersteller kann die Qualitätsanforderungen an Oberflächen und Geometrie vor Produktionsstart selbst festlegen und das Inspektionssystem entsprechend konfigurieren. Kriterien zum Begutachten und Aussortieren von hochwertigen Galabau-Produkten etwa können anders definiert werden als Kriterien zum Begutachten und Aussortieren von gewöhnlicher Grauware.

Die Scannereinheit wird auf der Trockenseite der Umlaufanlage, kurz vor der Palettierung als Inline-Lösung über dem bestehenden Transportband installiert und überspannt das Band quer zu dessen Laufrichtung wie ein Portal. Die Installation ist ohne aufwendige Umbauarbeiten an der bestehenden Anlage möglich.

Fehler finden mit 2D-Kameramodul und 3D-Messmodul

Die Scannereinheit ist ausgerüstet mit einem 2D-Kameramodul und einem 3D-Messmodul. Während das Transportband die Produktionsunterlage mit den darauf liegenden Betonwaren unter der Scannereinheit hindurch befördert, erstellt das 2D-Kameramodul von oben ein Farbbild, auf dem die Oberflächen der Pflastersteine bzw. Platten auf der Produktionsunterlage erkennbar sind. Mit dieser Aufnahme werden alle Farb- bzw. Schwarz-/Weiß-Abweichungen an den Oberflächen der Betonwaren festgehalten – es werden sowohl Produkte gefunden, die in kleineren Arealen Farbunterschiede aufweisen (Produkte, die scheckig sind), als auch Produkte, die in ihrer Gesamtheit farblich vom Rest der Produktikon abweichen. Die Farb- bzw. Schwarz-/Weiß-Abweichungen wiederum lassen Rückschlüsse zu auf Farb- und Texturabweichungen, Verschmutzungen, Materialverunreinigungen u. v. m. Die Verwendung von modernen Farbkameras macht es möglich, dass sogar bei geprägten Oberflächen Abplatzungen oder Risse erkannt werden.

Zeitgleich erstellt das 3D-Messmodul – bestehend aus einem Hochleistungslaser und einer hochauflösenden 3D-Kamera – ein Bild im Laserschnittverfahren. In der Scannereinheit befindet sich das Lasergerät oberhalb des darunter hindurchlaufenden Transportbands. Es projiziert seinen Strahl von oben auf das Transportband, quer zur Laufrichtung und über die gesamte Breite des Bands. Durch diesen „Laservorhang“ fährt die Produktionsunterlage mit den darauf platzierten Betonwaren hindurch. Dabei zeichnen sich die Konturen jedes einzelnen Pflastersteins bzw. jeder einzelnen Platte im Laserlicht ab. Die hochauflösende 3D-Kamera, die in Laufrichtung des Transportbands etwas hinter dem Lasergerät oben am Portal der Scannereinheit befestigt ist, hält diesen Vorgang im Bild fest. Breite und Höhe bspw. eines Pflastersteins lassen sich so über dessen gesamte Länge exakt bestimmen. Das 3D-Messmodul erfasst Produktbreiten, -höhen, -winkel und -längen mit einer Genauigkeit von 0,1 mm bzw. 0,5o – Flügeligkeiten oder Verbiegungen des Produkts werden sicher erkannt. Perspektivische Verzerrungen der Kameraaufnahmen, die durch Förder- bzw. Lageungenauigkeiten der einzelnen Betonwaren auf der Produktionsunterlage verursacht werden, werden durch eine intelligente Software korrigiert und kompensiert.

Hundert Prozent fehlerfreie Betonwaren

Nach dem Scannvorgang übergibt die Scannereinheit die erfassten Daten an die Auswertungseinheit. Der Rechner der Auswertungseinheit ist in einem staubgeschützten PC-Schrank untergebracht und somit auch für die rauen Bedingungen im Betonwerk bestens geeignet.

Die Auswertungseinheit gleicht die Ist-Werte, die das 2D-Kameramodul und das 3D-Messmodul erfasst haben, mit den vom Hersteller zu Beginn des Produktionsprozesses festgelegten Soll-Werten ab. Dabei vergleicht die Auswertungseinheit beispielsweise Farbbilder, die den Sollzustand der Betonwaren-Oberflächen abbilden, mit den Ist-Aufnahmen des 2D-Kameramoduls. Liegen die Ist-Werte eines Pflastersteins bzw. einer Platte außerhalb der vor Produktionsbeginn festgelegten Bandbreite der mgl. Soll-Werte, erhält der 5-Achs-Roboter der Sortiereinheit per speicherprogrammierbarer Steuerung (SPS) die Anweisung, die entsprechende Betonware von der Produktionsunterlage zu entfernen und durch ein fehlerfreies Produkt zu ersetzen.

Der Roboter ist mit einem Vakuumgreifer ausgestattet und kann in der Standardausführung Betonwaren mit einem Einzelgewicht von bis zu 50 kg bewegen (höhere Traglasten sind auch realisierbar); die Vakuummatrix mit individuell ansteuerbaren und kombinierbaren Kammern ermöglicht das Greifen von unterschiedlichsten Steinformaten oder auch von bspw. zwei Steinen nebeneinander ohne Rüstzeiten.

Für die begleitende Qualitätskontrolle kann der Roboter zudem nach festgelegten Kriterien ausgewählte Mustersteine aus der laufenden Produktion entnehmen und der Qualitätssicherung zur Verfügung stellen.

Nach Abschluss des Begutachtungs- und Austauschprozesses wird eine Produktionsunterlage mit ausschließlich fehlerfreien Betonwaren weitertransportiert.

Die Firma ibea, die bisher vor allem Anlagen für die grobkeramische Industrie gebaut und in Betrieb genommen hat, hat eine Referenzanlage für einen deutschen Betonstein-Hersteller realisiert. Die Anlage läuft problemlos und hat nach Angaben von ibea die Effizienz der Produktion um 40 % gesteigert.