Laserprojektion: Qualitätssicherung auf höchstem Niveau

Eine Möglichkeit, um manuelle Prozesse zu optimieren, ist der Einsatz von optischen Systemen zur automatisierten Oberflächeninspektion, wie der Laserprojektion. Das reduziert den Aufwand erheblich und leistet gleichzeitig einen Beitrag zur Ergonomie der Arbeitsplätze.

Mit Laserprojektion Zeit und Ressourcen sparen

Denn gerade die Endkontrolle von großen Bauteilen stellt Produktionsmitarbeiter speziell in der Serienproduktion mit kurzer Taktung vor eine Herausforderung. Und dies nicht nur mit Blick auf die Zeit, innerhalb der die Inspektion durchgeführt werden muss.

Die manuelle Überprüfung und Nachbearbeitung sehr großer, dreidimensionaler und nicht unbedingt planar geformter Bauteile innerhalb sehr kurzer Zeit ist für den Mitarbeiter vor allem körperlich sehr anstrengend.

Nachzuarbeitende Stellen aufzeigen

Zunächst lassen sich nachzubearbeitende Stellen durch eine automatisierte Inspektion nur erkennen und deren exakte Position bestimmen, sowie deren Nacharbeitsrelevanz anhand objektiver Kriterien festlegen.

Um die Qualität, Kosten und die Ergonomie der Nacharbeit weiter zu verbessern, kann man mittels einer dynamischen Laserprojektion die nachbearbeitungsrelevanten Stellen visualisieren, damit der Werker diese nicht lange suchen muss. Eine solche Lösung hat das Unternehmen Extend3D entwickelt.

Diese Technik verwendet ein sogenanntes modellbasiertes Tracking. Dieses gleicht die Geometrie aus dem CAD-Modell stets mit den Kamerabildern des Bauteils aus unterschiedlichen Betrachtungswinkeln ab und passt die Laserprojektion entsprechend an. Dadurch kann das Laserprojektionsverfahren einfach und ohne Eingriffe in die Fördertechnik auch in Bestandsanlagen integriert werden.

Durch das modellbasierte Tracking können die Laserprojektoren die markierten Stellen immer lagerichtig darstellen – unabhängig davon, auf welcher Höhe oder in welcher Lage sich das Bauteil bewegt, damit es ergonomisch erreichbar ist.

Laserprojektion: Die Software

Eine wesentliche „Komponente“ des von Extend3D entwickelten Verfahrens stellt die Werklicht-Software dar, die auf Projektspezifika und individuelle Kundenforderungen angepasst werden kann. Sie kann CAD-Daten und Positionsinformationen aus allen üblichen Datenformaten einlesen. Über die Geometrie des Bauteils sowie der Vorrichtung stellt sie den räumlichen Bezug her. Dabei können sowohl Werkstück als auch Projektor variable Positionen einnehmen.

Die markerbasierten oder markerlos-modellbasierten Verfahren zur dynamischen Referenzierung ermöglichen eine schnelle und unkomplizierte Anpassung an die Bewegung – wenn nötig in Echtzeit. Das Funktionsprinzip der Software erlaubt es, per Laser- oder Videoprojektion Arbeitspunkte oder Bereiche exakt zu markieren sowie Hinweise zu Arbeitsschritten direkt auf dem Werkstück anzugeben.

Mitarbeiter kommen trotz der komplexen Technik in der Regel schnell mit dem System zurecht, da sich diese unter einer intuitiven Bedienoberfläche verbirgt.

Mehrere Projektoren arbeiten zusammen

Um die spezifischen Merkmale über ein größeres dreidimensionales Bauteil projizieren zu können, arbeitet ein Verbund von Projektoren zusammen. Projektionen erscheinen auch dann automatisch auf einer großen dreidimensionalen Fläche, und das ohne Konfiguration durch einen Produktionsmitarbeiter.

Alles funktioniert vollautomatisch und rein modellbasiert. 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.

Praktischer Einsatz der Laserprojektion

Den praktischen Einsatz absolvierte dieser Ansatz der Laserprojektion zum Beispiel bereits erfolgreich bei BMW in der Lackiererei. Um nachzubearbeitende Stellen über das gesamte Auto projizieren zu können, arbeitet in jeder Finish-Kabine ein Verbund der speziellen 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.

Die Finish-Kabine läuft softwareseitig weitgehend autark, wobei die Software die Input-Informationen der automatisierten Oberflächeninspektion einliest und verarbeitet. Sie realisiert die komplette Regelung inklusive der Erfassung des Fahrzeugs, die Positionsermittlung und letztlich auch die Projektion selbst. Die übergeordnete Anlagensteuerung übergibt lediglich die fahrzeugspezifischen Angaben an das Projektionssystem.

Zudem stellen zwei Bildschirme die zu projizierenden Nachbearbeitungsstellen in Form einer Schmetterlingsdarstellung dar – in Draufsicht, linke und rechte Seitenansicht sowie der Heckansicht.

Der Nacharbeitsprozess

In der Regel arbeiten zwei Mitarbeiter die visualisierten Stellen ab. Zunächst kümmern sie sich um die horizontalen Flächen wie Frontklappe, Dach und Heckklappenoberteil, wobei sich der installierte Hubtisch, auf dem die Karosse sitzt, noch auf Bodenniveau der Finish-Kabine befindet. Anschließend wenden sie sich den vertikalen Flächen wie den Türen und dem Heckklappenunterteil zu. Hierzu wird die Karosse 80 bis 100 Zentimeter über das Bodenniveau angehoben.

Nach der vollständigen Bearbeitung wird die Karosse wieder abgesenkt und für den weiteren Prozessablauf freigegeben. Die Visualisierung wird so lange angezeigt, so lange sich die Karosse in der Finish-Kabine befindet, kann aber je nach Bedarf durch die Mitarbeiter unterbrochen werden.

Extend3D hat für diese Lösung einige kundenspezifische Anpassungen beim Verfahren der Laserprojektion vorgenommen: So zum Beispiel bei der Integration der Bildverarbeitung, die sich durch die ungewöhnlich helle Beleuchtung und der spiegelnden Oberflächen als eine besonders komplizierte Aufgabe erwies. Auch die Projektion auf allen möglichen Fahrzeuglackierungen ist nicht trivial: Diese sind hochglänzend von sehr hell bis sehr dunkel sowie mit diversen Effekten wie Metallic oder Pearl versehen – trotzdem muss jede Projektion für die Werker visuell gut wahrnehmbar sein.

Die Automatisierung weiter steigern

Das Beispiel zeigt, dass die Laserprojektion helfen kann, ohnehin bereits hoch automatisierte Produktionsprozesse weiter zu optimieren und manuelle Eingriffe seitens der Mitarbeiter zusätzlich zu reduzieren. Für die Mitarbeiter laufen die Arbeitsprozesse vor allem einfacher, schneller und komfortabler ab.

Die automatisierte Oberflächeninspektion in Kombination mit einer lasergestützten Visualisierung führt im Finish-Prozess zu einer Prozesszeitverkürzung, einer Verbesserung der Qualität und der Ergonomie der manuellen Arbeitsplätze. Zur weiteren Qualitätssteigerung trägt vor allem noch die Kombination aus Laserprojektion und Werkzeug-Tracking bei.

Der Autor Theo Drechsel ist freier Fachjournalist in München.

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