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Raupe unter Kontrolle

Bildverarbeitungssystem kontrolliert Kleberaupen im Automobilbau
Raupe unter Kontrolle

Bei den industriellen Verbindungstechniken gewinnt das Kleben immer mehr an Bedeutung. Besonders im Automobil-Rohbau eröffnen die Vorteile dieser Fügetechnik ganz neue Möglichkeiten. Von entscheidender Bedeutung für die Qualität der Verbindung sind dabei die anwendungsorientierte Auswahl der Klebstoffe, die Ausführung der Kleberaupen und ihre Kontrolle. Bei der Umsetzung der daraus resultierenden hohen Anforderungen an die Anwesenheit, Form und Ausführung der Raupe liefern Bildverarbeitungssysteme wichtige Informationen für die Prozesssicherung in der Serienfertigung.

Das Werk Dingolfing der BMW Group fertigt u.a. die Modelle der neuen 7er- und 5er-Reihe. Trotz hochmoderner Fertigungs- und Montageanlagen werden ständig neue Wege gesucht, um einzelne Arbeitsabläufe noch produktorientierter, prozesssicherer und damit wirtschaftlicher zu gestalten. Eine dieser Untersuchungen konzentrierte sich auf die Verbindung des Bodenblechs mit dem Vorder- und Hinterbau. Die bisher punktgeschweißte Verbindung sollte durch das Einbringen von Klebstoff qualitativ aufgewertet werden. Nach einer intensiven Versuchsphase waren die Klebstoffe, die Verarbeitungssysteme und die notwendigen Automatisierungseinrichtungen so aufeinander abgestimmt, dass die Verfahrenskombination Kleben und Punktschweißen für den Karosserie-Rohbau freigegeben und in der anlaufenden Serie für die neuen Modelle eingesetzt werden konnte. Ziel des strukturellen Klebens ist, bei höchster Festigkeit eine bessere Dämmung und Abdichtung der Verbindungen zu erreichen. Dies setzte voraus, dass die Qualitätsanforderungen an die Kleberaupe in der Serienfertigung erfüllt und damit die Vorgaben eines engen Toleranzfensters eingehalten werden.

Kleben im Karosserie-Rohbau
Als Bestandteil des Karosserie-Rohbaus ist die Klebestation Bodenblech im Erdgeschoss der Rohbauhalle stationiert. Die aus der oberen Förderebene mit einem Lift zugeführten Bodenbleche werden von dem pneumatischen Greifer eines Industrieroboters erfasst und zur Klebestation geschwenkt. Dort führt der Roboter das Bodenblech in einer dreidimensionalen Bewegung an der Auftragsdüse der stationären Klebeapplikation entlang. Nach dem Auftragen der Kleberaupe schwenkt der Roboter das Bodenblech zur Kontrollstation. Dort prüft das Bildverarbeitungssystem von VisionTools die Position, Länge und Breite der Kleberaupe. Nach dem IO-Befund setzt der Roboter das Bodenblech mit den noch feuchten Kleberaupen wieder im Förderlift ab, wo es nach dem Weitertransport mit dem Vorder- und Hinterbau überlappend gefügt und durch zusätzliche Schweißpunkte fixiert und verstärkt wird.
Grundvoraussetzung für die Qualität dieser Verbindung ist eine prozesssicher aufgebrachte und fehlerfrei ausgebildete Kleberaupe. In einer Hundert-Prozent-Prüfung werden deshalb alle Bleche im automatischen Ablauf optisch kontrolliert. Die Raupe muss als durchgängige Linie, ohne Unterbrechungen und ohne ein schlangenlinienförmiges Auftragsbild, in einer bestimmten Länge und Breite bei einer vorgegebenen Toleranz aufgebracht sein. Abweichungen von diesen Vorgaben werden vom System automatisch erkannt und entsprechend der bauteilebezogenen Toleranzvorgaben akzeptiert oder als NIO-Befund angezeigt.
Bildverarbeitung mit an- wenderorientierter Software
Die vielfältigen Anforderungen wie hohe Zuverlässigkeit und Genauigkeit, Industrietauglichkeit, einfache Handhabung und Ergebnisauswertung stellen hohe Ansprüche an ein Bildverarbeitungssystem. Eine zufriedenstellende Lösung dieser sich zum Teil widersprechenden Vorgaben ist in hohem Maße von der Kompetenz des Systemlieferanten und der Zusammenarbeit mit dem Auftraggeber abhängig. Diese Grundvoraussetzung konnten die Spezialisten der Fa. VisionTools aus Waghäusel bestens erfüllen. Bereits in der Planungsphase zeigte sich, dass mit der Software V 60 der größte Teil der gestellten Aufgaben gelöst werden konnte. Die auf der Basis offener Standards wie MS Windows entwickelte Lösung deckt über Standardmodule alle wichtigen Anforderungen der industriellen Bildverarbeitung ab – von der Kleinteilevermessung und -erkennung bis zum robotergestützten Handling.
Durch das interaktive Zusammenwirken von Grundbausteinen aus der umfangreichen Objektbibliothek entstehen übersichtlich gegliederte Gesamtprojekte mit automatischer Störungsanalyse. Dabei bieten sich dem Anwender zahlreiche Eingriffsmöglichkeiten, um das System seinen speziellen Forderungen anzupassen. Das trotz der Vielfalt der zu kontrollierenden Parameter sehr einfach zu bedienende Bildverarbeitungssystem überzeugte die Verantwortlichen des Karosserie-Rohbaus in Dingolfing, zumal das Unternehmen aus Waghäusel auch praxisbezogene Unterstützung vor Ort bieten und auf mehrere hundert erfolgreich installierte Bildverarbeitungssysteme in den verschiedenen BMW-Werksteilen verweisen konnte.
Hundert-Prozent-Kontrolle in der Fertigungslinie
In einem von BMW bereitgestellten Metallrahmen platzierten die Spezialisten von Vision Tools die CCD-Kameras und die Beleuchtungseinrichtungen. In enger Zusammenarbeit entstand so eine robuste, optimal auf die Anforderungen hin ausgerichtete Kontrollstation mit aufgabenorientierter Ausleuchtung und Konfiguration. Zur Kontrolle der Kleberaupen führt der Roboter das Bodenblech in eine genau definierte Halteposition.
Zur Vorder- und Rückseitenkontrolle der je nach Ausführung der Bodenbleche bis zu zwei Meter langen Kleberaupen ist ein Systemaufbau mit acht Kameras erforderlich. Innerhalb eines Bildausschnittes von 200 x 200 mm prüft jede Kamera die ihr zugeordneten Bereiche. Für gröbere Kontrollen, wie beispielsweise die ausschließliche Anwesenheitskontrolle der Kleberaupe, sind auch größere Bildausschnitte wählbar.
Die Prüfparameter einschließlich der Vergleichswerte aller zu prüfenden Bodenblechformen sind in der Systemsteuerung hinterlegt. Bei einem Teilewechsel wird automatisch die entsprechende Software-Variante aktiviert.
Programmieren und Justieren ohne Spezialisten
Sehr einfach gestaltet sich auch die Erstprogrammierung des jeweiligen Kontrollablaufes. Ausgangspunkt ist eine Musterraupe, die allen Vorgaben entspricht. Form und Verlauf dieser Raupe werden sektionsweise im Teach-in-Verfahren abgebildet und als Einzelbilder hinterlegt. Ergänzend dazu werden die qualitätsrelevanten Merkmale und Toleranzbereiche des zu prüfenden Bauteils festgelegt.
Diese Referenzwerte lassen sich mit den aktuellen Bildern der Serienkontrolle vergleichen und als IO- oder NIO-Befunde bewerten. Dank der einfachen Bedienbarkeit des Bildverarbeitungssystems können diese Arbeiten einschließlich der Kamerajustierung auch während der Schicht von dem Instandhaltungspersonal vorgenommen werden. –Ein Zeit und Kosten sparender Systemvorteil der eine entscheidende Forderung des BMW-Pflichtenheftes erfüllte -. Beim Justieren wird ein vorher festgelegtes Justagemerkmal der anvisierten Bauteilegeometrie in das Lifebild der Kamera eingeblendet. Der Bediener verstellt danach die Kamera, bis die exakte Positionierung durch eine grüne Darstellung des Justagemerkmals im Sucher der Kamera angezeigt wird.
Auswertung leicht gemacht
Die Software VisionTools V60 ist sehr anwenderorientiert strukturiert. Neben der übersichtlich gestalteten Fenstertechnik zum Bedienen und Justieren der Anlage bietet sie zahlreiche Möglichkeiten zur Auswertung der Ergebnisse. So lassen sich beispielsweise kleinere Ausbrüche der Raupen ignorieren und auch Störfaktoren wie Verschmutzungen oder Reflexionen auf dem metallfarbenen Blech per Software aus-blenden.
Der Anwender kann also auch hier seine Vorgaben einbringen und ohne zusätzlichen Aufwand umsetzen. Auch die Parametrierung ist komfortabel und über Icons leicht verständlich dargestellt. Die einmal eingelernten Grenzwerte und -bilder einer Kleberaupe wie Solldicke, Toleranz und Positionsabweichung lassen sich für jede Kamera auf Knopfdruck mit den gespeicherten IO-Bildern abgleichen, sammeln und im Rechner für spätere Vergleiche und Auswertungen speichern. Eine ebenso umfangreiche wie unverzichtbare Funktion der Bildverarbeitungs-Software ist die lückenlose Protokollierung der Messergebnisse. Jeder Prüfvorgang wird dokumentiert und kann durch die in der Software enthaltenen Tools statistisch ausgewertet werden. Die Ergebnisse liefern den Produktions- und Qualitätsverantwortlichen wichtige Informations- und Entscheidungsgrundlagen und unterstützen sie bei der Sicherstellung der geforderten Produkt- und Verarbeitungsqualität innerhalb des Total Quality Managements.
Fehlerquote deutlich reduziert
Mit dem Verfahren Kleben in der Bodengruppenmontage stellte BMW die Weichen in Richtung Produktoptimierung und Qualitätsverbesserung. Einen entscheidenden Beitrag dazu konnte das Bildverarbeitungssystem von VisionTools leisten, das seit Einführung der 7er-Reihe erfolgreich bei der Kontrolle der Kleberaupen im Einsatz ist. Täglich werden im zweischichtigen Betrieb ca. 330 Bodenbleche geprüft, wobei für jede der vier verschiedenen Ausführungen durchschnittlich vier Sekunden benötigt werden. Die Fehlerquote bei der Raupenaufbringung liegt deutlich unter zwei Prozent, ein Wert, der für das Produkt- und Prozessmanagement bei BMW spricht, das sich bei seinen anspruchsvollen Aufgaben zur Ablaufoptimierung auf die Qualitätsprüfung der VisionTools- Bildverarbeitungssysteme verlassen kann.
QE 525

Microsys in Sinsheim
Auf einer Bruttofläche von 1 400 m² ging die 1. Microsys mit insgesamt 41 Ausstellern inklusive zusätzlich vertretener Firmen an den Start. Die prognostizierte Besucherfrequenz bestätigte sich nicht nur bei den Ständen der Aussteller, sondern auch im Kongress, dessen fachliche Leitung die NC-Gesellschaft trug. Hochkarätige Unternehmen wie Zumtobel Staff, Kern Mikro- und Feinwerktechnik und die Carl Zeiss Industrielle Messtechnik referierten zu aktuellen Entwicklungen und Trends in der Mikrosystemtechnik und Ultrapräzisionsfertigung. Die Erwartungen der IEF Werner wurden weit übertroffen. Der gesamte Messeauftritt sei von zahlreichen und vor allem konkreten Anfragen begleitet gewesen. Auch Carl Zeiss, die eine hochgenaue Kinematik mit messendem, taktilem Taster in mikrosystemtechnischer Bauweise vorstellte, berichtete positiv. Die Produktneuheiten seien sehr gut angenommen worden. Daraus resultierten zahlreiche Anfragen nach Probemessungen und Demos.
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