Die maßliche Geometrieprüfung ist eine wichtige Komponente bei der Entwicklung eines Fahrzeugmodells. Nur so ist der korrekte Einbau der einzelnen Bauteile für ein Qualitätsfahrzeug sichergestellt. Gemeinsam arbeiten Volvo Cars Gent und Metris an einem langfristigen Projekt zur Entwicklung innovativer Technologien für die optische 3D-Prüfung von Fahrzeugteilen und den virtuellen Zusammenbau der gescannten Bauteile. Diese optische 3D-Technologie dürfte die nächste Revolution im Bereich Qualitätsprüfung der Automobilhersteller einleiten und letztendlich zu erheblichen Kosteneinsparungen führen.
„Fahrzeugkomponenten müssen perfekt aufeinander abgestimmt sein”, sagt Alfons Van Den Bergh, Leiter der Abteilung Fahrzeuggeometrie bei Volvo Cars Gent. “Dies ist im Endeffekt ausschlaggebend für die Qualität eines Fahrzeugs. Wenn die Bauteile nicht 100%ig zusammenpassen, wird der Fahrer ärgerliche Störungen, wie Leckagen, Quietschen und Rattern, beanstanden müssen. Daher wird die Qualität zu Beginn der Entwicklungsphase geschaffen und konstruktionstechnisch gefördert.”
Es ist überaus wichtig, dass die Geometrie im Vorfeld der Entwicklung und Vorfertigung sorgfältig geprüft wird, d.h., lange bevor ein neues Modell in Produktion geht. In diesem Sinne ist die Qualitätskontrolle am Ende des Fertigungsprozesses die Bestätigung dafür, dass der Zusammenbau richtig umgesetzt wurde. Dies erklärt die Bedeutung der Aktivitäten der Abteilung Geometrieprüfung, die vorwiegend in der Konstruktionsphase des Fertigungsprozesses für neue Prototypen tätig wird. Bei Volvo Cars Gent wurden in dieser Abteilung, wie bei den meisten Automobilherstellern, bis vor kurzem die herkömmlichen Messwerkzeuge für 3D-Messungen verwendet: am häufigsten wurden taktile Messtaster an Koordinatenmessgeräten (KMG) zur Prüfung der 3D-Teilegeometrie eingesetzt. Der Zusammenbau in der Vorfertigungsserie wurde durch die Verwendung von komplexen Gussformen, Meisterböcken und Spannmitteln physisch simuliert. Dieses Verfahren ist zeitaufwändig und mit hohen Materialkosten verbunden. Ein weiterer Nachteil der taktilen Punktemessung ist die problematische Interpretation. Die Daten, die dem Anwender über das vollständige Teil zur Verfügung stehen, sind nicht nur begrenzt, sondern oft werden diese Daten auch in Excel-ähnlichen Tabellen und Berichten, die unzählige Zahlen enthalten, geliefert und ausgetauscht, die nicht so einfach interpretiert oder verbildlicht werden können. Zur Verbesserung dieser Prüfverfahren arbeiten Volvo Cars und Metris mit vereinten Kräften daran, den Inspektionsprozess durch optische Prüftechnologien zu ersetzen, die virtuelle Zusammenbauten ermöglichen.
Aus diesem Grund hat Volvo 3D-Laser eingeführt, um sowohl Einzelkomponenten als auch komplette Fahrzeuge maßlich zu prüfen. Diese 3D-Laserscanner erzeugen mehrere tausend Punkte pro Sekunde, aus denen eine Punktewolke, eine vollständige digitale Kopie der Oberfläche des gescannten Objekts, geschaffen wird. Die Punktewolke dieses 3D-Scans wird dann mit den ursprünglichen CAD-Daten in Übereinstimmung gebracht und verglichen. Das Ergebnis ist ein Diagramm mit farblicher Kennzeichnung der Fehler, das sofort die Außer Toleranz-Abweichungen zeigt. Diese 3D-Berichte werden problemlos von allen Abteilungen weltweit interpretiert und erleichtern den Auswertungs- und Endscheidungsprozess. Die Punktewolkendaten werden auch für den virtuellen Zusammenbau des Fahrzeugs verwendet. Dafür werden die Daten mit anderen virtuellen Komponenten, seien es CAD-Modelle oder andere gescannten Teile, abgestimmt. Somit liefern die 3D-Laserscanner nicht nur in zunehmendem Maße präzisere Daten, sondern sie setzen Potenzial für eine enorme Zeitersparnis frei. Volvo Cars hat bereits den Laserscanner XC50-LS von Metris für die Elementmessung am Horizontalarm-KMG eingeführt. Verglichen mit der aufwändigen Programmierung taktiler Messtaster sind die Scanwege für die Laserscanner am KMG schnell und einfach programmiert, da der Scanner nur von Punkt A nach Punkt B fährt, um die Oberfläche abzutasten. Volvo Cars und Metris haben den handgeführten Laserscanner K-Scan für mobile Messaufgaben entwickelt. Während der Laserscanner XC50 für automatisierte KMG-Messaufgaben eingesetzt wird, ist das handgeführte System 100% mobil. Der endgültige Beweis für einen gut umgesetzten Qualitätsprozess wird während der Qualitätskontrolle der fertigen Fahrzeuge geliefert. Hierbei ist der neue K-Scan ein sehr nützliches Werkzeug für die Überprüfung des korrekten Bunds und Spalts beispielsweise zwischen Haube und Aufbau.
Der neue mobile Messtaster K-Scan und auch die virtuelle Zusammenbautechnik wurden erstmals während der Startphase und Produktion des Volvo C30 eingeführt und ausgewertet. Gleichzeitig wurden auch die herkömmlichen taktilen Prüftechniken angewandt, um einen echten Maßstab für den tatsächlichen Gewinn beim Durchsatz und der Prüfleistung anzusetzen. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse geht Hr. Van Den Bergh davon aus, dass der Einsatz der neuen Optiktechnologie eine Zeitersparnis von bis zu zehn Wochen für den gesamten Zusammenbauprozess bringen kann. Ein weiterer Vorteil des Laserscannens ist die maßliche Kontrolle von eingehenden Komponenten unterschiedlicher Zulieferer. Die klaren und umfassenden 3D-Berichte ermöglichen eine reibungslose Kommunikation, so dass Punkte, welche die Qualität betreffen, den Zulieferern für eventuelle Besprechungen veranschaulicht werden können.
Volvo Cars glaubt fest daran, dass das 3D-Scannen im Automobilsektor zunehmend an Bedeutung gewinnen wird. „Auch in anderen Produktionsumgebungen, wo Komponenten für den Zusammenbau geprüft werden, wird das optische Laserscannen als Ergänzung zu taktilen Prüftechniken enorm an Bedeutung gewinnen“, schließt er.
Metris Germany, Alzenau
QE 507
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