Qualitätsinspektion und Roboterführung in der Endmontage von PKW-Motoren

BV-Systeme optimieren die Produktion

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Die Automobilhersteller stehen an vorderster Front, wenn es darum geht, Rationalisierungspotenziale in ihrer Fertigung auszunutzen. Paradebeispiele für einen höchstmöglichen Automatisierungsgrad sind die VW-Werke in Wolfsburg und Salzgitter. Die hohe Flexibilität der Produktion bildet dabei ein entscheidendes Kriterium für den nachhaltigen Markterfolg des Volkswagenkonzerns. Den wirtschaftlichen Robotereinsatz ermöglichen leistungsstarke Bildverarbeitungssysteme.

Im VW-Werk Salzgitter, dem weltweit größten Motorenwerk, kommen BV-Systeme von ISRA VISION für die Roboterführung und die Qualitätsinspektion in der Motorenendmontage zum Einsatz. Sie sichern dort nicht nur eine zuverlässige und fehlerfreie Produktion, sondern haben darüber hinaus diverse Rationalisierungsprojekte ermöglicht.

Der Volkswagen-Konzern gehört mit einem Pkw-Weltmarktanteil von 11,5 % und einem Umsatz von 88,9 Milliarden 2004 zu den weltweit führenden Automobilherstellern. Im letzten Jahr gelang es Volkswagen, in einem schwierigen wirtschaftlichen Umfeld 5,079 Millionen Fahrzeuge (2003: 5,015 Millionen) auszuliefern. In Westeuropa, dem größten Pkw-Markt der Welt, stammt nahezu jeder fünfte neue Pkw (18,1 %) aus dem Konzern.
Das Pkw-Geschäft von Volkswagen teilt sich in zwei Markengruppen auf. Die Marken Audi und Volkswagen führen unter Leitung des Konzerns ihre Gruppe unternehmerisch und zeichnen für das weltweite Ergebnis der Markengruppe verantwortlich. Zur Markengruppe Volkswagen gehören die Marken Volkswagen-Nutzfahrzeuge, Audi, Seat, Lamborghini, Škoda, Bentley und Bugatti. Jede Marke hat ihren eigenständigen Charakter und operiert selbstständig im Markt. Dabei reicht das Angebot von verbrauchsoptimalen 3-Liter-Fahrzeugen bis hin zu Fahrzeugen der Luxusklasse.
In elf Ländern Europas und in sieben Ländern Amerikas, Asiens und Afrikas betreibt Volkswagen 47 Fertigungsstätten. Über 343 000 Beschäftigte produzieren an jedem Arbeitstag rund um den Globus mehr als 21 500 Fahrzeuge oder sind mit fahrzeugbezogenen Dienstleistungen befasst. Die Fahrzeuge werden in mehr als 150 Ländern angeboten. Ziel von VW: Attraktive, sichere und umweltschonende Fahrzeuge, die im schärfer werdenden Wettbewerb auf dem Markt konkurrenzfähig sind.
VW-Werk Salzgitter: weltweit größtes Motorenwerk
Das Volkswagenwerk in Salzgitter ist das weltweit größte Motorenwerk mit einer Fläche von 2,8 Mio. m² und einer bebauten Fläche von 810 000 m². Täglich liefern Lieferanten und andere Werke des Konzerns aus 823 Standorten Material und Teile für den Motoren- und Komponentenbau mit 35 Eisenbahnwaggons und 145 Lkw ins Werk. Umgekehrt verlassen 35 Waggons und 60 Lastzüge mit fertigen Produkten das Werk. „Im Werk fertigen rund 7 000 Mitarbeiter täglich rund 8 000 Otto- und Dieselmotoren in 270 Varianten – vom kleinsten Dreizylinder bis zum Zwölfzylinder für Bugatti“, stellt Uwe Meding heraus, verantwortlich für die Fertigungsbetreuung der Rumpfmotorenmontage und außerdem stellvertretender PE-Leiter im Produktcenter 2 der Motorenmontage, wobei PE für Produkt-Engineering steht.
Die Motoren kommen in den verschiedenen Modellen des VW-Konzerns wie Golf, Bora, Polo, Lupo, New Beetle und in Nutzfahrzeugen zum Einsatz. Ebenso werden hier Motoren für die Spitzenmodelle VW Passat Variant W8, Phaeton, Touareg, Audi A8 und Bentley hergestellt. Daneben fertigt das 1970 errichtete Werk Salzgitter auch Motorenteile für Produktionsstätten an anderen Standorten sowie Bootsmotoren. 2003 wurden in Salzgitter 1 164 981 Motoren und rund 300 000 Komponenten gefertigt. Insgesamt 40 Mio. Motoren verließen bis 2004 das Werk.
Die kleinste Benzinmotoren-Familie bis 1,6 l, mit der VW-internen Bezeichnung EA 111, kommt für die VW-Modelle Golf, Polo, Lupo sowie für Seat und Skoda zum Einsatz. „Pro Schicht produzieren wir von diesen Motoren 725 Stück“, weiß Uwe Meding. Um die Produktivität auf dieser Linie in der Halle 2A des VW-Werks Salzgitter zu erhöhen und die Qualität weiter zu verbessern, kommen intelligente Bildverarbeitungssysteme von ISRA VISION zum Einsatz. „In meinem Verantwortungsgebiet verrichten derzeit 30 Bildverarbeitungssysteme zuverlässig ihren Dienst“, setzt der VW-Experte fort, der seit 1999 maßgeblich an der Einführung dieser Systeme in die Produktion mitgearbeitet hat und seit 1984 bei Volkswagen Salzgitter dabei ist. „Dabei ist ein System oft für mehrere Anwendungen zuständig.“
Pro Montagelinie sorgen fünf bis zehn BV-Systeme, die genau auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten sind, für den hohen Automatisierungsgrad. Schnittstellen zur Liniensteuerung sorgen für die nahtlose Einbindung in die übergeordneten Produktionssysteme.
BV-Systeme für Roboterführung und Qualitätsinspektion
„ORIS ist für die Roboterführung und AVIS für die Qualitätsprüfung zuständig“, erläutert Techniker Uwe Meding weiter. ORIS, ausgeschrieben bedeutet „Object Recognition and Identification System“, ermöglicht die flexible, zuverlässige und robuste Erkennung in Subpixelgenauigkeit für die Roboterführung. Das Mehrkamerasystem AVIS – Automated Visual Inspection System – dient der komplexen Montage- und Qualitätsinspektion. Eine aktuelle Weiterentwicklung dieses Systems – EASI – kann sogar Qualitätsinspektion und Roboterführung in Einem übernehmen.
„Die Bildverarbeitungssysteme haben bei uns verschiedene Rationalisierungsprojekte ermöglicht“, setzt der Produktionsexperte fort. Als Beispiel nennt er das Depalettieren und Auflegen von Zylinderkurbelgehäuse auf die Montagelinie. „Dies musste früher per Hand erledigt werden“, betont Uwe Meding. „Nun übernahm diese Aufgabe ein Roboter in Zusammenarbeit mit ORIS.“ Mit Hilfe der kalibrierten 2½-D-Systeme konnten die bisher verwendeten Verpackungen beibehalten werden, da die Systeme eine zielgenaue Positionierung der Kurbelgehäuse durch den Roboter ermöglichen. „Auf aufwändige Transportbehältersysteme kann verzichtet werden“, berichtet der Techniker stolz. „Dies spart viel Geld. Letztlich ermöglichte das Visionsystem das Rationalisierungsprojekt dadurch erst.“ Denn bei Volkswagen werden an Rationalisierungsprojekte hohe Anforderungen gestellt: Ein für den frei gestellten Mitarbeiter festgesetzter Betrag muss bereits nach 1,5 Jahren eingespart werden. „Solche Rationalisierungsprojekte mit Bildverarbeitungssystemen gibt es bei uns mehrere“, stellt Uwe Meding heraus. Als weitere Beispiele nennt er noch die Depalettierung von Haubenmodulen und von Zylinderköpfen.
„Der überwiegende Anteil der eingesetzten BV-Serie zählt zu den AVIS-Systemen“, so der VW-Mann weiter. Diese 2-D-Systeme überprüfen mit einer Genauigkeit bis zu 1 mm zum Beispiel Silikonraupen auf Zylinderkurbelgehäusen, Dichtmittelauftrag auf Zylinderköpfen, den Typ von Dichtflanschen und Zylinderkopfdichtungen sowie den fertigen Motor in der Motorendkontrolle. Auch die Doppellagigkeit von Zylinderkopfdichtungen haben AVIS-Systeme genau im Blick.
Hohe Flexibilität bei Produktionsumstellungen
In einigen Anwendungen ersetzen die Systeme aufwändige Lösungen mit Lasertastern. Uwe Meding: „Der wesentliche Vorteil der AVIS-Systeme ist deren hohe Flexibilität.“ Nicht nur, dass mit einem BV-System mehrere verschiedene Module auf einer Montagelinie zu erkennen sind, auch kann ein solches System bei einer kompletten Produktionsumstellung leicht an neue Anforderungen adaptiert und weiter verwendet werden. Dies erfordert meist nur einige Änderungen der Parameter in der Software. „70 % bis 80 % dieser Anpassungen können wir ohne fremde Hilfe vornehmen, da die Systeme mit der intuitiv zu bedienenden Bediensoftware auf Windows-Basis einfach handhabbar sind.“ Für darüber hinaus gehende Aufgaben stehen zwei feste ISRA-Mitarbeiter für die VW-Werke in Salzgitter und Wolfsburg zur Verfügung.
„Ein weiteres Anwendungsfeld ist die Schriftenerkennung, die zur Klassierung einzelner Montageteile dient“, setzt der Montagelinienverantwortliche fort. Beispiele hierfür sind die Kolbentypprüfung anhand von Symbolen, die Prüfung von Zylinderkurbelgehäusen mit gelaserter Schrift sowie das Lesen von Matrixcode auf der Kurbelwelle. „Auch diese Aufgaben kann nur ein Bildverarbeitungssystem übernehmen. Die einzige Alternative für diese eintönige Arbeit wäre ein zusätzlicher Mitarbeiter. Doch auch damit sind noch nicht die Genauigkeit, die Zuverlässigkeit und die Wiederholgenauigkeit der BV-Systeme erreicht“, schließt Uwe Meding ab.
Langjährige Partnerschaft
Die ersten Bildverarbeitungssysteme kamen bereits 1998 im VW-Werk in Salzgitter zum Einsatz. Die langjährige und erfolgreiche Partnerschaft zwischen dem VW-Werk Salzgitter und ISRA VISION hatte auch Vorbildcharakter für andere Werke, die nun mit den flexiblen BV-Systemen ihre Produktion optimieren. Dazu zählen Fertigungsstätten in aller Welt, wie die VW-Werke in Mexiko und in China. In letzterem verantworten zum Beispiel seit kurzem sieben BV-Systeme in einer Linie für den Getriebebau die hohe Qualität der Fertigung.
ISRA VISION SYSTEMS AG, Darmstadt
QE 527
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