Automatisierte Qualitätskontrolle asphärischer Linsen

Voller Durchblick bei der Qualität

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Die visuelle manuelle Sichtkontrolle von optischen Bauteilen gemäß Spezifikation nach DIN ISO 10110 gestaltet sich in der Praxis oft schwierig. Vor allem bei transparenten Linsen behindern Spiegelungen und Reflexe die subjektive Einschätzung. Es bedarf Mitarbeiter mit langjähriger Erfahrung und geschultem Auge, um die Fehler zu erkennen und den Fehlerklassen zuzuordnen. Oft werden Hilfsmittel wie Mikroskope oder Lupen eingesetzt. Die manuelle Sichtkontrolle wird somit erheblich verlängert. Des Weiteren steigt das Risiko von Fehleinschätzungen durch Ermüdungserscheinungen der Mitarbeiter bei längerer Kontrolltätigkeit.

Automatisierungslösungen zur Erkennung von Einschlüssen und Oberflächendefekten bei Linsen sind in der Vergangenheit mit erheblichem Aufwand im Bereich der Beleuchtungstechnik realisiert worden. Für jede Fehlerart mussten unterschiedliche Beleuchtungsarten eingesetzt und im Prüfprogramm unterschiedliche Prüfabläufe umgesetzt werden.
Der Geschäftsbereich Optoelektronische Systeme der Jenoptik hat einen Prüf- und Montageautomat realisiert, der die optische Qualität asphärischer Linsen im Durchmesserbereich von 7 mm prüft, diese in einen Halter montiert und anschließend die Baugruppe auf Oberflächendefekte kontrolliert. Dieser Automat ist modular gestaltet und kann nach gleichem Schema für ähnliche Produkte eingesetzt werden. Er besteht aus einem Vision-PC-System mit zwei Kameraprüfstationen, von denen eine die Einzellinsen und die andere die montierte Baugruppe prüft. Die Einzellinsen werden aus Trays mittels Sauger unter der ersten Prüfstation abgelegt. Nach der automatischen Zentrierung der Linsen zur Beleuchtung wird ein Bild mit einer handelsüblichen Kamera aufgenommen.
Herzstück der Prüfung ist die strukturiert transmittierende Beleuchtung, welche ein kontrastreiches auswertbares Bild ermöglicht. Diese Beleuchtung arbeitet im moniochromatischen Wellenlängenbereich und muss zu der Linse entsprechend justiert werden. Die Anordnung der Beleuchtung führt dazu, dass homogene fehlerfreie Strukturen hell durchleuchtet werden und Fehler auf der Linsenoberfläche wie Kratzer, Fließlinien, Belag oder Oberflächenfehler sowie Fehler im Linseninneren (Einschlüsse, Blasen) dunkel im Kamerabild erscheinen.
Das Vision-Programm wertet die Ergebnisbilder aus und nimmt die Fehlerklassifizierung nach ihrer Größe und im eingestellten Grauwertbereich vor. Auf diese Weise werden die Linsen gemäß den Qualitätsanforderungen nach DIN ISO 10110 geprüft. Zusätzlich ist die Erkennung von Fließlinien, Fingerabdrücken, Belag und Fehlerhäufung möglich. Diesbezügliche Ergebnisse werden an die Steuerung übermittelt und fehlerhafte Teile entsprechend aus dem Prozess ausgeschleust. Alle Prüfergebnisse sowie die Ergebnisbilder werden gesichert.
Mit einer weiteren diffusen Beleuchtung werden an der ersten Prüfstation geometrische Außenmaße der Linse gemessen. Anschließend wird die Linse der Montage zugeführt. Die gesamte Baugruppe wird an einer zweiten Prüfstation ebenfalls mithilfe der strukturiert transmittierenden Beleuchtung geprüft, allerdings muss hier aufgrund der Abmaße der Baugruppe mit zusätzlichen Lichtleitern gearbeitet werden.
Die entwickelte Prüfsystematik erlaubt eine objektive Prüfung und damit eine Prozessrückverfolgbarkeit, welche Rückschlüsse auf die Produktionsprozesse gibt. Die Kapazität lässt sich damit gegenüber der manuellen Prüfung und Montage deutlich erweitern und die Produktionskosten bei gleichzeitiger Erhöhung der Qualität reduzieren.
Jenoptik Polymer Systems GmbH www.jenoptik-ps.de
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