Carl Zeiss Optotechnik GmbH - Optische Messtechnik
Freitag, 28 März 2014 01:00

Modulare Kulisse - Robotergestütztes 3D-System vermisst Prototypenteile

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ROBOTERGESTÜTZTES 3D-SYSTEM VERMISST PROTOTYPENTEILE
Modulare Kulisse Die Maße von Prototypenteilen wie Türen, Front- und Heckklappen müssen schnell und genau kontrolliert werden.

Dazu setzt die Audi AG, Ingolstadt, ein robotergesteuertes 3D-Digitalisierungssystem von Steinbichler Optotechnik, Neubeuern, ein. Mithilfe der Ergebnisse optimiert der Autobauer den Fertigungsprozess. In der Automobilindustrie erfordert die Entwicklung eines neuen Produkts in der frühen Phase den präzisen und schnellen Bau von Konzeptfahrzeugen und Prototypen. Bei der Vermessung der Bauteile, die sich zudem während des Entwicklungsprozesses verändern, spielen Mess und Auswertezeiten beziehungsweise Genauigkeit eine große Rolle. Die Leiter der Versuchsteilefertigung Karosserie im Vorseriencenter bei Audi, Ingolstadt, Klaus-Peter Erben und sein Nachfolger Dr. Friedrich Burgahn, suchten daher nach einer Messlösung. Mit dieser sollte die Fertigung der Blechumformteile effizient und nachhaltig kontrolliert werden.

Bei der Auswahl eines geeigneten Konzepts in einem Benchmark waren die Anforderungen an ein adäquates Messsystem entsprechend hoch. Zum einen sollte eine vorherige Präparation des Bauteils vermieden, zum anderen die Bauteile in der Fahrzeugeinbaulage optisch gemessen werden. Weitere Anforderungen waren gemäß Lastenheft zu erfüllen: 

  • Digitalisieren eines Bauteils innerhalb von zehn Minuten,
  • Automatisches Auswerten von Berandungen und Bohrungen im Bauteil, 
  • Kein Kleben von Marken auf das Bauteil vor der Messung,
  • Komplette automatisierte Messauswertung (automatisierter Ablauf bis zum Messbericht),
  • Ausgabe der Messdaten im STL-Datenformat; die Daten müssen anderen Fachabteilungen für eventuelle Analysen zur Verfügung stehen,
  • Die Vielzahl der Messaufnahmen so gering wie möglich halten (keine Lagerhaltung, auf Reproduzierbarkeit der Vorrichtungen achten), 
  • Die Genauigkeit der Messauswertungen sollte für Flächen- und Objektkanten (Kreise, Langlöcher, Berandung etc.) 0,2 mm betragen, 
  • Durchgehender Datenaustausch auch mit anderen Systemen.

Mit dem neuen Qualitätssicherungsverfahren wollte der Autobauer seine Fertigungsprozesse in der Prototypenphase optimieren und in der nachfolgenden Produktionsphase den Zugriff auf die digitalen Produktdaten und die dazugehörigen Protokolle ermöglichen.

Nach dem Vergleich und der Auswahl verschiedener Systemanbieter mit unterschiedlichen Lösungsansätzen sowie einer Testphase, entschieden sich die Verantwortlichen bei Audi für ein robotergestütztes 3D-Digitalisiersystem von Steinbichler Optotechnik, Neubeuern. Dieses besteht aus dem Digitalisiersystem COMET 5 4M, einem Standard-Industrieroboter Kuka KR 150 inklusive Armverlängerung sowie einer VKR-C2-Steuereinheit und zwei motorisierten Drehtischen, die über eine SPS gesteuert werden. Das Weißlichtstreifenprojektionssystem COMET 5 4M erfüllt in Kombination mit sogenannten modularen Kulissen die Anforderungen des Autobauers in Bezug auf Messzeit,Genauigkeit und Bedienkonzept. Mit dem zum Patent angemeldeten Konzept der modularen Kulissen ist kein übergeordnetes Messsystem nötig, was sich bei Bauteilen in verschiedenen Lagen negativ ausgewirkt hätte. Zudem wird für die Messung auf das herkömmliche Verfahren der Fotogrammetrie verzichtet, was Zeit spart. Der 3D-Sensor ist auf der sechsten Achse des Roboters adaptiert. Durch den abwechselnden Einsatz der beiden Drehtische sind die Anwender in der Lage, auf einer Einheit die Messung vorzunehmen und gleichzeitig auf der anderen Dreheinheit das nächste Bauteil vorzubereiten.

Dabei verkürzen sich deutlich die Standzeiten des Systems. Mithilfe eines speziell entwickelten Aufspannkonzepts können die Bauteile sowohl von der Vorder- als auch von der Rückseite gemessen werden. Zur Messung werden oktagonale, mit kodierten Messmarken versehene Profilstangen in beliebiger Konstellation um das Bauteil aufgebaut. Der große Vorteil dieser Methode liegt darin, dass sämtliche Profilelemente bereits fotogrammetrisch eingemessen geliefert werden. Während der Messung werden die einzelnen Datensätze auf die zur Verfügung stehenden Punktelisten transformiert und zusammengeführt. Die Kulissenelemente können für jedes Bauteil individuell konfiguriert, beziehungsweise miteinander kombiniert oder untereinander ausgetauscht werden.

Dabei bedarf es nur geringfügiger Änderungen im Messprogramm, wodurch ein Arbeiten mit einem Minimum an Messzubehör möglich wird. Während der Messung werden die einzelnen Datensätze auf die zur Verfügung stehenden Punktelisten transformiert und zusammengeführt. Die Kulissenelemente können für jedes Bauteil individuell konfiguriert, beziehungsweise miteinander kombiniert oder untereinander ausgetauscht werden. Dabei bedarf es nur geringfügiger Änderungen im Messprogramm, wodurch ein Arbeiten mit einem Minimum an Messzubehör möglich wird.

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