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Dynamische Laserprojektionsverfahren im Einsatz bei BMW

Optische Oberflächeninspektion
Dynamische Laserprojektionsverfahren in der Automobilindustrie

Qualitätskontrollen werden oft noch manuell durchgeführt. Eine Möglichkeit, dies zu optimieren, ist der Einsatz von optischen Systemen zur automatisierten Oberflächeninspektion wie etwa dynamische Laserprojektionsverfahren. Diese reduzieren den Aufwand und stellen die Ergonomie der Arbeitsplätze sicher.

Die Endkontrolle dreidimensionaler Bauteile stellt Produktionsmitarbeiter speziell in der Serienproduktion mit besonders kurzer Taktung immer noch vor eine Herausforderung. Das gilt nicht nur im Hinblick auf den Faktor Zeit, sondern vor allem auch hinsichtlich der Ergonomie des Arbeitsplatzes selbst. Die manuelle Überprüfung und Nachbearbeitung sehr großer, dreidimensionaler und nicht unbedingt planar geformter Bauteile ist für den Mitarbeiter körperlich sehr anstrengend.

In einem ersten Schritt werden potenziell nachzubearbeitende Stellen im Vorfeld von einer automatisierten Inspektion erkannt. Dabei wird die exakte Position von Stellen bestimmt, deren Nacharbeitsrelevanz anhand objektiver Kriterien festgelegt wurde. Mit anderen Worten: Es werden immer mehr Qualitätsmerkmale mit verschiedenster Sensorik wie beispielsweise Kameras automatisiert in der Linie gemessen. Daraus resultiert dann häufig die Notwendigkeit zur bauteilindividuellen Inspektion und gegebenenfalls zur händischen Nacharbeit.

Modellbasiertes Tracking gleicht CAD-Modell mit Kamerabildern ab

Die Lösung: Mittels dynamischem Laserprojektionsverfahren können die als nachbearbeitungsrelevant eingestuften Stellen optimal visualisiert werden. Das dynamische Laserprojektionsverfahren verwendet dabei ein so genanntes modellbasiertes Tracking. Dieses gleicht die aus dem CAD-Modell bekannte Geometrie fortwährend mit dem Abbild des Bauteils in Kamerabildern aus den unterschiedlichen Betrachtungswinkeln der Laserprojektoren ab. Die Fördertechnik muss lediglich eine ungefähr auf einige Zentimeter genau reproduzierbare Startpose gewährleisten, damit das modellbasierte Tracking ‚einrasten‘ kann.

Somit kann das Laserprojektionsverfahren einfach und ohne Eingriffe in die Fördertechnik auch in Bestandsanlagen integriert werden. Nach erfolgtem Einrasten wird das eingebrachte Bauteil fortwährend getrackt, damit die markierten Stellen immer lagerichtig dargestellt werden können – unabhängig davon, auf welcher Höhe oder in welcher Lage es bewegt wird. Der Produktionsmitarbeiter erreicht somit für ihn ergonomisch optimal die zu bearbeitenden Stellen.

Eine wesentliche Innovation des von Extend3D entwickelten Laserprojektionsverfahrens stellt die smarte Werklicht-Software dar, die exakt auf Projektspezifika und individuelle Kundenforderungen zugeschnitten und angepasst werden kann. Sie verbindet digitale 3D-Plandaten mit der tatsächlichen Realität.

Dafür werden zunächst existierende CAD-Daten beziehungsweise Positionsinformationen aus allen üblichen Datenformaten eingelesen. Über die Geometrie des Bauteils beziehungsweise der Vorrichtung stellt Werklicht den räumlichen Bezug her. Dabei können sowohl Werkstück wie auch Projektor variable Positionen einnehmen. Die markerbasierten beziehungsweise markerlos-modellbasierten Verfahren zur dynamischen Referenzierung ermöglichen eine schnelle und unkomplizierte Anpassung an die Bewegung – wenn nötig in Echtzeit.

Das Funktionsprinzip von Werklicht erlaubt per Laser- oder Videoprojektion Arbeitspunkte oder Bereiche exakt zu markieren sowie Hinweise zu Arbeitsschritten direkt auf dem Werkstück anzugeben. Trotz der Kombination komplexer Technik ermöglicht die intuitive Bedienoberfläche den Mitarbeitern die Nutzung schon nach kurzer Einarbeitungszeit.

Bei größeren Bauteilen arbeiten mehrere Projektoren zusammen

„In der Praxis bietet das Laserprojektionsverfahren den Anwendern signifikante Vorteile: So können unter Berücksichtigung der Optimierung von Faktoren wie Qualität, Kosten und Ergonomie bearbeitungsrelevante Stellen und Merkmale optimal visualisiert werden“, berichtet Dr. Peter Keitler, Geschäftsführer von Extend3D. „Um diese spezifischen Merkmale über ein größeres dreidimensionales Bauteil projizieren zu können, arbeitet ein Verbund von Werklicht-Projektoren zusammen. Koordiniert und gesteuert werden die einzelnen Projektoren von einem lokalen Anlagen-PC.“

Die Projektionen erscheinen automatisch auf einer großen dreidimensionalen Fläche – und zwar ohne Konfiguration durch einen Produktionsmitarbeiter. Alles funktioniert vollautomatisch und rein modellbasiert. Das heißt, die exakte räumliche Lage des Objekts wird über einen Abgleich der Daten aus dem CAD-Modell mit der Abbildung eben dieses Objekts in den Kamerabildern erfasst.

Software regelt die
gesamte Lösung

Den praktischen Einsatz absolvierte dieses Laserprojektionsverfahren bereits erfolgreich bei BMW in der Lackiererei. Um nachzubearbeitende Stellen über das gesamte Auto projizieren zu können, arbeitet in jeder Finish-Kabine ein Verbund von fünf Werklicht-Projektoren zusammen. Die Karosserieaußenhaut wird in eindeutig abgegrenzte Projektionsbereiche unterteilt und jeweils einem Projektor zugeordnet. Koordiniert und gesteuert werden die einzelnen Projektoren von einem lokalen, sich neben der Finish-Kabine befindlichen Anlagen-PC.

Als wesentliche Innovation für das Projekt präsentiert sich insbesondere die Werklicht-Software. Die Finish-Kabine läuft software-seitig weitestgehend autark. Die Input-Informationen der automatisierten Oberflächeninspektion werden von der Software eingelesen und verarbeitet. Die ganze Regelung inklusive der Erfassung des Fahrzeugs, die Positionsermittlung und letztlich auch die Projektion selbst werden durch die Software von Extend3D realisiert. Lediglich die fahrzeugspezifischen Angaben werden von der übergeordneten Anlagensteuerung noch an das System übergeben. Darüber hinaus werden die zu projizierenden Nachbearbeitungsstellen zusätzlich auf zwei Bildschirmen in Form einer Schmetterlingsdarstellung – die über eine Draufsicht, eine linke und rechte Seitenansicht sowie eine Heckansicht verfügt – visualisiert.

Horizontale und vertikale Flächen werden nacheinander abgearbeitet

Der Arbeitsprozess in der Finish-Kabine läuft dabei folgendermaßen ab: In der Regel arbeiten zwei Mitarbeiter die visualisierten Stellen ab. Das geschieht zunächst an den horizontalen Flächen wie Frontklappe, Dach und Heckklappenoberteil, wobei sich der Hubtisch auf Bodenniveau der Finish-Kabine befindet. Anschließend folgen die vertikalen Flächen wie Seitenwände, Türen und Heckklappenunterteil. Hierzu wird die Karosse 80 bis 100 Zentimeter über das Bodenniveau der Finish-Kabine angehoben, was die Laserprojektion bei der Visualisierung der Merkmale berücksichtigt.

„Nach der vollständigen Bearbeitung wird die Karosse wieder abgesenkt und für den weiteren Prozessablauf freigegeben. Die Dauer der Visualisierung entspricht der Verweildauer der Karosse in der Finish-Kabine“, erklärt Nicolas Heuser, ebenfalls Geschäftsführer von Extend3D. „Je nach Bedarf kann die Projektion durch den Mitarbeiter unterbrochen beziehungsweise abgeschaltet werden.“

Extend3D hat das Laserprojektionsverfahren entwickelt, um ohnehin schon hoch automatisierte Produktionsprozesse zu optimieren und manuelle Eingriffe seitens der Mitarbeiter während dieses Prozesses weiter zu reduzieren. Industriekunden, die diese Technologie einsetzen, bieten sich signifikante Vorteile: Vor allem für die Mitarbeiter laufen die Arbeitsprozesse wesentlich einfacher, schneller und komfortabler ab. Kurzum: Eine automatisierte Oberflächeninspektion in Kombination mit einer lasergestützten Visualisierung führt in den Finish-Prozessen zu einer Prozesszeitverkürzung, der Verbesserung der Qualität und insbesondere der Ergonomie der manuellen Arbeitsplätze.

Extend3D GmbH
Trausnitzstraße 8
81671 München
Tel. +498921550160
www.extend3d.de


Theo Drechsel

im Auftrag von

Extend3D

www.extend3d.de



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