In der Münzprägeanstalt: Präzise Winkelerkennung für die Münzprägung

In jedermanns Tasche: kleine Meisterwerke aus hochpräziser Massenfertigung

Es gibt nur wenige Dinge, die wir täglich mit uns tragen. Trotz digitaler Zahlverfahren sind Münzen immer noch das wichtigste Zahlungsmittel für kleine Einkäufe, am Kiosk oder an Ticket- und Parkautomaten. Milliarden Münzen sind im Umlauf und alle müssen exakt gleich sein. Prägungen, Durchmesser, Rand und Gewicht dürfen keine Abweichungen aufweisen. Deshalb ist jede Münzanstalt in Wirklichkeit ein industrieller Massenfertigungsbetrieb mit hochpräzisen Produktionsprozessen.

Die Herausforderung 

Der Durchmesser dieser Münzen wird im Tausendstel-Zentimeterbereich angegeben, ihr Gewicht auf ein Tausendstel Gramm genau. Die beiden Prägeseiten müssen im exakt gleichen Winkel ausgerichtet sein. Die Prägung wird mit einem Ober- und Unterstempel auf den Rohling aufgebracht. Der Druck beträgt dabei bis zu 100 Tonnen. Die Ober- und Unterstempel sind dabei exakte Kopien einer Münzvorlage. Aufgrund der hohen Präzisionsanforderungen und dem starken Verschleiß der Stempel beim Prägevorgang müssen diese sehr häufig ersetzt werden – rund 50.000 Mal pro Jahr in größeren Münzanstalten. Ein automatisierter Fertigungsprozess sorgt dafür, dass die Stempel korrekt in die Prägemaschine eingesetzt werden. Nur so lässt sich eine hohe Präzision und Ausbeute sicherstellen.

Um den Ober- und Unterstempel in der Maschine korrekt auszurichten, werden die zylindrischen Stempel von einer Fräsmaschine mit einer kleinen Nut versehen, die in einem bestimmten Winkel zum Prägebild ausgerichtet ist. Die Nut stellt sicher, dass die Stempel in der Prägemaschine richtig eingesetzt sind. Die Herausforderung besteht darin, den Winkel des Prägebilds auf dem Stempel zu bestimmen und die korrekten Steuersignale zu liefern, sodass der Stempel im genau richtigen Winkel in der Fräse liegt, um die Nut zu setzen.

Dafür braucht es einen speziellen Algorithmus und darüber hinaus muss das Messsystem den rauen, nassen und schmutzigen Bedingungen einer CNC-Fräsmaschine standhalten. Das Ganze muss außerdem rund um die Uhr funktionieren − fehlerfrei und mit minimaler Wartung.

Die Lösung

Artemis Vision hat ein Messsystem für Münzanstalten entwickelt, dass die nötige Genauigkeit bietet und den rauen, anspruchsvollen Produktionsbedingungen rund um die Uhr gewachsen ist. Die Systemdesigner von Artemis haben ein kompaktes Machine Vision-System in einem robusten Gehäuse mit einer FLIR Grasshopper3-Kamera mit 2,3 MP-Auflösung und GigE Vision-Schnittstelle untergebracht. Die Lösung besteht aus einem C-Mount-Objektiv von Tamron mit Festbrennweite und einem Zwischenring, einem PC und einer Streulichtquelle zur Ausleuchtung des gesamtem Bereichs vom Schaft bis zum Stempel.

In der Kamera ist ein Sony Pregius IMX174 verbaut, der sich durch einen hohen Dynamikbereich auszeichnet, ideal für die glänzende Stempeloberfläche. Zur Videoaufzeichnung verwendet das Messsystem das FlyCapture SDK von FLIR. Die Vorverarbeitung des fortlaufenden Videostreams erfolgt auf dem PC. Mithilfe der Visionscape-Software von Microscan wird dann der Winkel mit 1/10 Grad Genauigkeit bestimmt. Die Messergebnisse fließen zurück in die Fräsmaschine, die den Stempel in den präzisen Winkel dreht.

Das Basismodell des Winkelmesssystems misst gerade einmal 12,7 x 30,5 cm und ist auf einen 24/7-Betrieb ausgelegt. Neben Gigabit Ethernet bietet das System auch RS-232, USB, RS-485 und digitale I/Os als Schnittstellen.

Welche Vorteile hat der Kunde?

Das Ausrichtungssystem ermöglicht eine beschleunigte Produktion, hochwertigere Münzen und eine optimale Ausbeute. Die für die Fräsmaschine zulässige Fehlertoleranz ist sehr klein, sodass die Stempel während der Prägung perfekt ausgerichtet sein müssen, damit die Rohlinge nicht beschädigt werden und die Münzen am Ende einwandfrei sind. Falsch ausgerichtete Stempel sind in Münzanstalten einer der Hauptgründe für schlechte Ausbeute, Ausfallzeiten und unnötige Kosten. Fehler am Prägebild sind oft nur schwer zu erkennen und von den Bedienern kann nicht erwartet werden, dass sie bei jedem Vorgang minimalste Abweichungen bemerken. Das Ausrichtungssystem hilft diese Probleme zu korrigieren, indem es Ausrichtungsfehler zuverlässig und effizient und wesentlich besser erkennt, als es mit dem menschlichen Auge jemals möglich wäre.

Warum FLIR?

Tom Brennan, President von Artemis Vision, entschied sich aus verschiedenen Gründen für die Grasshopper3 GigE Vision-Kamera von FLIR: „Wir nutzen in diesem System Produkte von FLIR, weil wir über die Jahre einfach gute Erfahrungen gemacht haben. Das Winkelmesssystem ist in die CNC-Maschine integriert, Zugang und Wartung dementsprechend schwierig, weshalb wir uns auf die Hardware bedingungslos verlassen können müssen. Unter den verschiedenen von FLIR erhältlichen GigE Vision-Kameramodellen bietet der Sony Pregius IMX174-Sensor mit 2,3 MP und CMOS-Global-Shutter-Technologie einen hohen Dynamikbereich. Dieser ist unerlässlich für eine gute Bildqualität und die präzise Winkelmessung. Dank der GigE-Kameraschnittstellen lassen sich auch längere Entfernungen zwischen der CNC-Fräsmaschine mit integriertem Winkelmesssystem und dem Computer überbrücken.“

 Andere Herausforderung? Gleiche Lösung!