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Individuelles 3D-Scannen für die Fahrzeugfertigung

Intelligente Merkmal-Vermessung

Mit der steigenden Komplexität heutiger Fertigungsprozesse sind auch die Anforderungen an die Informationsdichte, Genauigkeit, Geschwindigkeit und vor allem Flexibilität der eingesetzten Messtechnik stetig gewachsen. Gerade bei schwierigen und neuartigen Merkmalen stoßen einfache Bildverarbeitungs- oder herkömmliche Triangulationsverfahren mit statischen Projektionen an ihre Grenzen.
Die Auswertung der erzeugten Punktewolke eines kompletten Bauteils liefert eine nie gekannte Informationsflut. Speziell in der Fahrzeugfertigung, etwa im Karosseriebau mit seinen diversen Bauteilen und Baustufen, spielt jedoch auch der Faktor Zeit eine wichtige Rolle: Das In-Line-Qualitätsmanagement erfordert die Überprüfung der kritischen Merkmale an jedem produzierten Fahrzeug, und das innerhalb extrem kurzer Zykluszeiten. Hier ist es wichtig, die Informationen für die gewählten Merkmale nicht nur möglichst präzise aus der Punktewolke zu extrahieren, sondern auch möglichst effektiv zu messen, um Zeit zu sparen und dennoch eine verlässliche Qualitätsaussage zu erzielen.

Intelligent Illumination

Für den 3D-Scan-Sensor Helix wurde daher das neuartige Verfahren der ´Intelligent Illumination´entwickelt. Hier wird der Laserpunkt bzw. die Linie nicht statisch auf das Bauteil projiziert, sondern in einem festlegbaren Muster über das Bauteil geführt. Eine hohe Taktrate bei der Regelung der Führungseinheit und die Synchronisation mit der Elektronik der Lichtquelle erlauben eine präzise Führung des Laserstrahls zur Generierung des zuvor am Systemrechner definierten Musters. So kann der Anwender für jedes Messmerkmal im großen Messvolumen des Sensors eine individuelle Anzahl der projizierten Laserlinien (2 bis 200), die Dichte (bis zu 10/mm) sowie die Ausrichtung (horizontal, +/-45°) programmieren. Dank der individuell konfigurierbaren Linienmuster für die gleichzeitig im Sensorsichtfeld erscheinenden Messmerkmale muss der Sensor (im Rahmen der physikalisch-optischen Gegebenheiten) nicht mehr für jedes einzelne dieser Merkmale umorientiert und neu positioniert werden. Die aus einem Sensorbild extrahierten Messmerkmale können entweder in einem größeren gemeinsamen Scanbereich liegen oder auf mehrere kleinere Bereiche im Messvolumen verteilt sein. Im Vergleich zu den meisten Weißlicht-Projektionssystemen muss somit nicht das komplette Messfeld gescannt werden, um die Merkmale auszuwerten, sondern effektiv nur die für den Anwender interessanten Bereiche.

Merkmalsspezifische Laserlinienmuster

Bei komplexen Bauteilen gibt es erhebliche Unterschiede zwischen den Messmerkmalen: So ist ein Gewindebolzen (Bild 2) deutlich schwieriger zu messen als ein einfaches Stanzloch. Das neue Verfahren ermöglicht eine optimale Balance zwischen sicherer Erfassung der Merkmalsgeometrie und minimaler Messzeit: Während z.B. bei einem Bolzen mindestens 30 Laserlinien auf die Bolzenlänge verteilt sein sollten, um diesen zuverlässig abzubilden (Linienabstand 0,8mm bei einem Bolzen von 25mm Länge), genügen bei einem Langloch 16 Linien über dessen Länge, sodass der Linienabstand ohne Qualitätseinbuße fast doppelt so groß gewählt werden kann. Im Falle großer, aber gleichmäßig geformter Merkmale sind ohne weiteres noch größere Abstände möglich. Bei Bedarf kann das Scanbild mit einem Graustufenbild kombiniert werden, um auch anspruchsvolle Gewindelöcher zuverlässig erfassen zu können. Wird der auszuwertende Bildbereich um das Merkmal herum – unter Berücksichtigung der zu erwartenden Bauteil-Varianz – möglichst klein eingestellt, lässt sich die Scan-Rate softwaretechnisch steigern: Der Anwender kann nun im konkreten Einzelfall entscheiden, ob er die deutlich höhere Scangeschwindigkeit zur Einhaltung enger Taktzeitvorgaben nutzt oder bei einem schwierigen Merkmal lieber mit einer größeren Liniendichte arbeitet.

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