Laser-Radar für die automatisierte Inline-Vermessung
Auf neuen Wegen
Für die Fahrzeugmontage ist die fortlaufende Überwachung der Prozessqualität während des Fertigungsprozesses unabdingbar. Die Position und Maßhaltigkeit von Bohrungen, Nuten, Bolzen, Schweißnähten und anderen Elementen müssen während des Karosseriebaus an den Fahrzeugen geprüft werden. Auch sind im Anschluss an die vollständige Fahrzeugmontage gründliche Spalt- und Bündigkeitsprüfungen an Türen oder Scharnieren durchzuführen. Diese Prüfungen stellen sicher, dass die Fahrzeuge innerhalb der strengen Toleranzvorgaben der Automobilhersteller gefertigt werden.
Die Durchführung dieser Maßhaltigkeitsprüfungen erfolgte früher entweder offline unter Verwendung von Horizontalarm-Koordinatenmesstechnikgeräten (KMG) oder in der Fertigungsstraße unter Verwendung von zahlreichen Sensoren, die jeweils auf die einzelnen zu prüfenden Merkmale ausgerichtet waren. Obgleich KMGs sehr präzise absolute Messwerte liefern, müssen sie größtenteils in kostenintensiven Messlabors installiert und können nur außerhalb der Fertigungsstraße eingesetzt werden. Dies ist aber zeitaufwändig: das Fahrzeug aus der Montagestraße zu entfernen, es am KMG aufzuspannen, auszurichten und am KMG zu messen. Bestenfalls können zwei Fahrzeuge pro Schicht an einem KMG geprüft werden. Angesichts der Tatsache, dass mehr als 1.000 Fahrzeuge/Tag in einem einzigen Fahrzeugwerk gebaut werden können, ist diese Form der Qualitätskontrolle heute nicht besonders effektiv. Traditionelle Inline-Systeme können mit über 100 fest installierten Sensoren bestückt sein, die jeweils auf einzelne Merkmale am Fahrzeug ausgerichtet sind. Die Installation und Wartung dieser fest installierten Sensoren ist allerdings schwierig. Darüber hinaus liefern sie keine absoluten Messungen der Merkmale im Koordinatensystem des Fahrzeugs. Sie können lediglich das Vorhandensein bzw. Fehlen von Merkmalen in einem lokalen Referenzsystem erfassen. Eine vollständige Maßhaltigkeitsprüfung des gesamten Fahrzeugs ist folglich nicht möglich. Darüber hinaus sind inzwischen die meisten Montagestraßen ´flexibel´, das heißt, sie sind für die Herstellung von mehr als nur einem Fahrzeugtyp ausgelegt. Fest installierte Sensoren eignen sich aber nicht für den Einsatz an unterschiedlichen Fahrzeugtypen, da jeder Typ einen eigenen Satz von Sensoren benötigt.
Inline-Inspektion mit dem Laser-Radar
Das Laser-Radar bietet eine mögliche Alternative zur herkömmlichen Messtechnik. Es ermöglicht automatisierte, berührungslose Präzisionsmessungen unter Verwendung eines fokussierten Laserstrahls, der durch präzise Horizontal- und Vertikalantriebe gesteuert wird. Für eine Messung benötigt das Laser-Radar nur den Bruchteil des zurückgegebenen Lasersignals. Es kann nahezu jede Oberfläche messen, einschließlich stark reflektierender Materialien, die mit den typischen Inline-Scannern nur schwierig zu vermessen sind. Dank dieser Fähigkeit kann das Laser-Radar sowohl für die Karosseriemessung als auch für Spalt- und Bündigkeitsprüfungen im gesamten Fertigungsprozess eingesetzt werden. Darüber hinaus hat das Laser-Radar eine große Reichweite (bis zu 50m mit dem Modell MV350) und kann daher großvolumige Objekte wie LKW und sonstige Großfahrzeuge und Strukturen vermessen. Für die Inline-Inspektion wird das Laser-Radar auf sechsarmigen Robotern installiert, die sich an beiden Seiten der Fertigungslinie befinden. Diese Robotertypen kommen allgemein im Fahrzeugbau zum Einsatz und können die geringe, zusätzliche Nutzlast mühelos handhaben. Die Roboter werden verwendet, um das Laser-Radar automatisch zu positionieren. So können auch Bereiche geprüft werden, die außerhalb der Sichtverbindung einer einzelnen Laser-Radar-Position liegen. Wenn z.B. der Türrahmen oder andere Karosserieteile die Sicht auf die Merkmale eines Bodenblechs versperren, werden diese wieder sichtbar, wenn das Messgerät an eine andere Position bewegt wird. Die Anbringung mehrerer Sensoren erübrigt sich somit. Nachdem der Roboter das Laser-Radar neu positioniert hat, werden Ausrichtungspunkte am Fahrzeug automatisch gemessen. Dies geschieht immer dann, wenn der Roboter das Laser-Radar bewegt. Somit ist gewährleistet, dass alle Messungen innerhalb des Fahrzeug-Koordinatensystems aufgenommen werden. Zudem ist sichergestellt, dass die Messgenauigkeit unabhängig von der Fähigkeit der Roboter ist, das Gerät zu positionieren. Somit können an jeder Position des Fahrzeugs mehrere Messpunkte aufgenommen werden. In der Prüfsoftware werden die Messungen direkt aus dem CAD-Modell des Fahrzeugs vorprogrammiert. Nach der ersten Programmierung erfolgt die Datenerfassung und Berichterstellung vollautomatisch. Außerdem können für jeden Fahrzeugtyp und Modell in der Fertigungsstraße eigene Prüfprogramme geschrieben werden, womit die mit Laser Radar bestückten Inspektionsstationen absolut flexibel sind. Für das Hinzufügen weiterer Fahrzeugtypen muss der Prüfplan einfach nur umprogrammiert werden. Physische Änderungen oder neue Geräte werden nicht benötigt. Das Zusammenspiel zwischen Laser-Radar, Roboter und Analysesoftware ist komplett aufeinander abgestimmt. Die Prüfungen erfolgen vollautomatisch, ohne dass manuelle Eingriffe während des gesamten Ablaufs erfolgen müssen. Geschwindigkeit und Qualität der Messungen sind daher im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren höher.
