„Das korrelationsfreie Messen wird die Inline-Messtechnik auf ein ganz neues Fundament stellen und für einen Effizienzschub in der Fertigung sorgen“, ist sich Dr. Kai-Udo Modrich, Geschäftsführer Carl Zeiss Automated Inspection, sicher. Um zu verstehen, welche Vorteile Automobilbauer durch den Einsatz dieser Neuentwicklung generieren, genügt ein kurzer Exkurs in die Welt der Inline-Messtechnik.
Angesichts ihrer hohen Qualitätsstandards überwachen Automobilbauer auf der ganzen Welt ihre Produktion mit Inline-Messanlagen. Diese detektieren im Fertigungstakt des Karosseriebaus geometrische Abweichungen vorab definierter Merkmale und zwar zu 100 Prozent. Dadurch wird es den Herstellern ermöglicht, mittels Prozesskontrolle vor allem im Produktanlauf Inbetriebnahme-Zeiten deutlich zu reduzieren.
Wie schnell und wie präzise die Geometriemerkmale geprüft werden, hängt vor allem von den eingesetzten optischen Sensoren ab. Der 3D-Sensor Zeiss Aimax cloud erzeugt mittels Streifenprojektion eine Punktewolke in Bruchteilen einer Sekunde. Neben den bekannten Geometriemerkmalen lassen sich damit auch bisher schwer oder gar nicht auswertbare Merkmale wie zum Beispiel Nieten schnell und präzise erfassen und auswerten.
Durch das Erfassen dichter Punktewolken können mit dem 3D-Sensor gleich mehrere Merkmale mit nur einer Aufnahme gemessen werden. Zudem lassen sich selbst kleinste Merkmale exakt und auf ganz unterschiedlichen Oberflächen messen. Für Modrich setzte der Aimax cloud daher im Karosseriebau „einen neuen Maßstab in der roboterbasierten 3D-Inline-Messtechnik“.
Wie bei allen Inline-Anlagen üblich, wird der Sensor mit einem Roboterarm flexibel an die entsprechenden Merkmale der einzelnen Karosserieteile herangeführt – ein Vorgehen, das die Präzision des gesamten Messsystems ohne Gegensteuerung beeinflusst. Die aktive Kompensation der Roboterausdehnung, die durch Eigenerwärmung und sich verändernde Umgebungstemperatur entsteht, mit Hilfe der Referenzierung an Artefakten führt bei herkömmlichen Inline-Messsystemen zu einer verlässlichen Wiederholgenauigkeit.
Nur: Die für den messtechnischen Einsatz von Robotern geringe Absolutgenauigkeit erforderte, dass die ermittelten Messwerte durch Vergleichsmessung mit Koordinatenmessgeräten (KMG) „offsettiert“ werden, und die Korrelation mit Hilfe von Mehrfachmessungen überprüft wird. Die zusätzliche Auslastung der KMG im Messraum ist laut Modrich aber ein Problem.
Sicherheit ab dem ersten Teil
Um in der Linie bereits für das erste Bauteil die notwendige Sicherheit über die Maßhaltigkeit zu erhalten, entwickelte Zeiss das korrelationsfreie Messen: Ein System, das die Abweichung der Roboter von ihrer vorgegebenen Position – bedingt beispielsweise durch die oben beschriebenen Temperatureinflüsse – über Standardkameras detektiert. Diese werden oberhalb der Inlinezelle installiert und können so problemlos jede Bewegung des Aimax cloud Sensors verfolgen.
Damit das System die absolute Position der Sensoren im Raum bestimmen kann, befinden sich Marker auf den Roboterarmen und auf dem Boden der Inlinezelle. Aufgrund dieser Informationen und vor allem dank intelligenter Algorithmen erkennt die von Zeiss entwickelte Software Abweichungen vom Normzustand und rechnet diesen sofort heraus. Unternehmen können so darauf verzichten, in regelmäßigen Abständen ihre Karosserieteile auf einem hochpräzisen KMG nachzumessen und die erkannten Abweichungen zwischen Inline und KMG als Korrekturwerte auf die Inline-Messanlagen zu übertragen. „Sie haben jetzt ab dem ersten Teil die Sicherheit, dass die gemessenen Werte stimmen“, beschreibt Modrich den Vorteil.
Aus vielen Kundengesprächen weiß er, dass Autobauer „auf diese Entwicklung sehnsüchtig gewartet haben“. Denn die Vorteile lägen auf der Hand: „Sie beschleunigen die Anlaufzeiten der Fertigung neuer Modelle deutlich und erreichen schneller die Kammlinie. Das ist bares Geld.“
Für den Industrie-4.0-Experten von Zeiss ist das nur der offensichtlichste Nutzen. Denn da das System bereits ab dem ersten Teil verlässliche Daten liefert, ist jetzt die Basis vorhanden, um einen Prozessregelkreis zwischen der Inline-Messstation und beispielsweise dem Schweißroboter zu implementieren. Noch sind die Softwareentwickler nicht so weit, um das Erfahrungswissen der Mitarbeiter entsprechend abzubilden. Aber das ist für Modrich nur eine Frage der Zeit. „Irgendwann werden die Inline-Messdaten direkt die Fertigungsmaschinen steuern.“
Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
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