Automatisierte Serienüberwachung

Fokus/Qualitätssicherung

Qualitätskontrolle muss sein, soll aber den Betrieb nicht aufhalten. Das BMW-Presswerk in Regensburg prüft Karosserieteile deshalb stichprobenweise offline – mit einem gleichwohl sehr effizienten 3D-System.

16. April 2015

Das BMW-Werk im Süden Regensburgs beschäftigt ungefähr 9000 Mitarbeiter. Täglich werden mehr als 1100 Fahrzeuge auf einer Gesamtfläche von 140 Hektar produziert. Seit der Inbetriebnahme 1986 stieg die Gesamtproduktion auf 5,4 Millionen Stück pro Jahr. Das Produktionsprogramm enthält beispielsweise den BMW 1er (Dreitürer, Fünftürer), die BMW-3er- und BMW-M3-Limousine, das BMW-4er- sowie M4-Cabrio und den BMW Z4. Im Presswerk werden bis zu 550 t Stahl pro Tag zu großflächigen Außenhautteilen sowie Struktur- und Verstärkungsteilen für die intern im Werk gefertigte Fahrzeugpalette verarbeitet.

Gerade in der Automobilindustrie spielt die Qualität der Bauteile eine wichtige und zentrale Rolle. So sind die umgeformten Bauteile nach dem Fertigungsprozess auf die Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit zu prüfen.

Aus dieser Erfordernis heraus erfolgten bereits im Jahre 2010 die ersten Umbaumaßnahmen und Investitionen im Bereich der Qualitätssicherung und im Besonderen in optische Messtechnik aus dem Hause Steinbichler zum Beispiel für die Serienproduktion der 2. Generation des BMW 1ers.

Für die Produktion der 6. Generation des BMW 3ers erfolgten 2012 weitere umfangreiche Investitionsmaßnahmen im Presswerk, im Karosseriebau und in der Logistik. Die nachfolgend beschriebene Messanlage ist die aktuell laufende, zweite Generation vollautomatischer Messtechnik im Presswerk Regensburg.

Das Ziel, das mit dem Einsatz von optischen Messverfahren verfolgt wurde, war, die zu prüfenden Blechteile so schnell und vollständig wie möglich stichprobenhaft auf qualitätsrelevante Merkmale zu prüfen. Die 3D-Digitalisierung, also die Erstellung eines digitalen Abbilds des zu prüfenden Objekts und die nachgeschaltete Analyse gegen die CAD-Referenz, erschien als das geeignete Verfahren, dieses Ziel zu erreichen.

Serienüberwachung per Stichprobenkontrolle

Nachdem der Einstieg in die Technologie Streifenprojektion bereits 2010 geschafft war, wurden 2012 die bis dorthin gesammelten Erfahrungen weiterentwickelt, und die Erkenntnisse mündeten in neuen Zielformulierungen für eine Messanlage der nächsten Generation.

Haupteinsatzgebiet dieser Anlage sollte weiterhin die Serienüberwachung zur Stichprobenkontrolle von Pressteilen sein. Aber es sollte daneben auch ein Analyse- und Bemusterungsbetrieb möglich sein. Zu prüfen sind Einzelbauteile von 200 x 200 x 200 mm, etwa Schließbleche und Verstärkungen, bis hin zu Seitenrahmen aus Aluminium, Stahl oder hochfesten Stählen mit unterschiedlichen Beölungsgraden und einer Größe bis 3500 x 1500 x 500 mm.

Uneingeschränktes Ausschlusskriterium war zudem, dass keine vorherige Präparation der Bauteile mittels weißem Kontrastspray erfolgen soll, der bei Scan-Verfahren fallweise für Oberflächen, die ›ins Spiegelnde‹ gehen, benötigt werden kann.

Die Forderungen zum Thema Sensorgenauigkeiten seitens BWM Regensburg waren folgende:

- Systemgenauigkeit:

- Wiederholgenauigkeit: Temperatur ± 2 K, Range

- Absolutgenauigkeit: Prüfnormal (Messunsicherheit

Die Umsetzung sollte über einen neu zu errichtenden Messraum erfolgen, der sich direkt zwischen den Pressenausläufen befindet.

Die Entscheidung fiel auf den inzwischen speziell für den Roboterbetrieb entwickelten Sensor Comet Automated auf einem Kuka-Roboter, der auf einer Linearachse verfahren werden kann.

Zwei separate Messbereiche

Mit dieser Entscheidung setzte BMW Regensburg auf die weitere Intensivierung der Zusammenarbeit mit dem Hightech-Unternehmen aus Neubeuern bei Rosenheim.

2013 entstand im Presswerk bei BMW Regensburg ein neu errichteter Messraum, der direkt zwischen den Pressenausläufern platziert ist. Kernstück dieses Messraums ist eine robotergestützte Anlage, die in zwei separate Messbereiche aufgeteilt ist. Dabei kam es zum Entschluss, ein automatisiertes 3D-Digitalisierungssystem, aufgrund der bisherigen erfolgreichen Zusammenarbeit und der innovativen System-Lösungen erneut von der Steinbichler Optotechnik GmbH aus Neubeuern, einzusetzen.

Lösung und Produkt

Aus oben genannten Überlegungen heraus und nach umfangreichen Tests und Analysen diverser Anbieter, wurde 2010 das automatisierte 3D-Digitalisierungssystem der Steinbichler Optotechnik GmbH mit dem Comet 5 auf dem Kuka-Roboter zur Prozessoptimierung und Aufwandsreduzierung bei der Erstbemusterung implementiert. Die 2012 konzipierte Nachfolgemessanlage wird im Folgenden nun näher beschrieben:

Die Messanlage wurde im Rahmen eines neuen Messraums direkt an den Pressenausläufen platziert.

Herzstück der Anlage ist der oben genannte Sensor Comet Automated, der mit einem innovativen, nahezu wartungsfreien, äußerst schlanken und flexiblen Sensorkonzept sowie lichtstarker LED-Beleuchtungstechnik besticht. Er ist ein Gerät für besonders vielseitige Nutzung. Die bewährte Ein-Kamera-Technologie von Steinbichler sorgt für bestmögliche Datenqualität und dadurch größtmögliche Sicherheit der ermittelten Messergebnisse. Der Sensor lässt sich zudem über zwei Flanschstellen sehr flexibel (je nach Messaufgabe) auf alle gängigen Robotersysteme adaptieren.

Die für große Objekte auch hier unterstützend eingesetzte Photogrammetrie (Einmessung von Marken und Referenzkulissen) vor dem eigentlichen Scanning-Prozess ist im Sensor schlank und komplett integriert. Der Sensor bleibt also trotz zahlreicher Technik-Features besonders kompakt, was ihn ganz allgemein für nahezu alle Applikationen einsetzbar macht, auch wenn der Zugang zur Messstelle schwierig ist, zum Beispiel im Fahrzeuginnenraum.

Die Anlage selbst zeichnet sich durch eine Aufteilung in zwei separate Messbereiche mit je zwei Rasterplatten aus, wobei eine liegend und eine stehend betrieben wird. Diese Rasterplatten haben jeweils eine Abmessung von 1800 x 4000 Millimetern. Einer von mehreren Vorteilen auf dieser Robotermessanlage ist also, dass in einem Arbeitsbereich optisch vermessen werden kann, während der andere bereits neu bestückt wird. Die Verbindung dieser beiden Bereiche wird durch eine Linearachse geschaffen, auf der der Kuka-Roboter verfahren kann. Dadurch lassen sich enorme Zeiteinsparungen erzielen. Auch dem Arbeitsschutz wurde bei dieser Anlage Rechnung getragen. So sind moderne und schlanke Lichtvorhänge zur Sicherung der Arbeitsbereiche verbaut, die einer fixen Einzäunung unter anderem auch aus optischen Gründen vorgezogen wurden. Das Erscheinungsbild der Anlage ist dadurch sehr ansprechend und nicht dominant im Messraum.

Animation der Robotermessanlage

Angesteuert und betrieben wird die Anlage mit der steinbichlereigenen Simulations- und Offline-Onlineprogrammier-Software Visio 7. Die nachgeschalteten Auswertungen laufen ebenfalls voll automatisch über die Analysesoftware Inspect-plus, die auch aus dem Hause Steinbichler kommt.

Mehrfacher Nutzen für den Kunden

Seit 2013 überprüfen Messtechniker im Zwei-Schicht-Betrieb die Karosserie-Bauteile mit dem Steinbichler-Comet-Automated-System. Derzeit findet beispielsweise die Prüfung der Frontklappen der aktuellen Generation der 3er-Limousine statt.

Der zentrale Vorteil gegenüber der klassischen Vorgehensweise mit KMGs, die im Messraum allerdings auch noch auch verwendet werden, ist die Fähigkeit, den Experten sehr schnell Aussagen über ein Bauteil in dessen Gesamtheit zu ermöglichen. Durch die flächenhafte Aufnahme, Darstellung und Auswertung des Objekts sind Trends im Fertigungsprozess quasi auf einen Blick erkenn- und bewertbar.

Neben dem Automationsbetrieb findet auch ein stativgeführtes Comet-System im Messraum Einsatz. Auch dieser Sensor bietet hohe Detailgenauigkeit und große Flexibilität beim Scannen. Der Sensor wird derzeit ebenfalls zur Stichprobenkontrolle eingesetzt.

Hintergrund

Mehr als 25 Jahre Erfahrung und Kompetenz in optischer Mess- und Sensortechnik prägen die Geschichte der Steinbichler Optotechnik GmbH. Seit der Gründung entwickelt und vertreibt das Unternehmen hochpräzise optische Messsysteme und entsprechende Softwarelösungen. Die Systeme werden bei zahlreichen namhaften Industrieunternehmen und Forschungseinrichtungen eingesetzt.

Erschienen in Ausgabe: 03/2015