Bernd Balle, Zeiss Unternehmensbereich Industrial Metrology, Oberkochen
Zeiss entwickelte das korrelationsfreie Messen, um direkt in der Produktionslinie bereits für das erste Bauteil die notwendige Sicherheit über die Maßhaltigkeit zu erhalten. Das bedeutet, dass mit dem System Unternehmen darauf verzichten können, in regelmäßigen Abständen ihre Karosserieteile auf einem Koordinatenmessgerät (KMG) nachzumessen und die erkannten Abweichungen zwischen Inline und KMG als Korrekturwerte auf die Inline-Messanlagen zu übertragen. „Das korrelationsfreie Messen wird die Inline-Messtechnik auf ein ganz neues Fundament stellen und für einen Effizienzschub in der Fertigung sorgen“, sagt Dr. Kai-Udo Modrich, Geschäftsführer Carl Zeiss Automated Inspection. Um zu verstehen, welche Vorteile die Automobilindustrie durch den Einsatz dieser Neuentwicklung generieren, hilft ein Exkurs in die Welt der Inline-Messtechnik.
Maßhalten – das A und O in der Fertigung
Angesichts ihrer hohen Qualitätsstandards überwachen Automobilbauer auf der ganzen Welt ihre Produktion mit Inline-Messanlagen. Diese detektieren im Fertigungstakt des Karosseriebaus geometrische Abweichungen vorab definierter Merkmale zu 100 Prozent. Wie schnell und wie präzise die Geometriemerkmale geprüft werden, hängt vor allem von den eingesetzten optischen Sensoren ab. So erzeugt etwa der 3D-Sensor Zeiss AIMax Cloud mittels Streifenprojektion eine Punktewolke in Bruchteilen einer Sekunde. Durch das Erfassen dichter Punktewolken lassen sich mit dem Sensor gleich mehrere Merkmale mit nur einer Aufnahme und zudem selbst kleinste Merkmale exakt und auf ganz unterschiedlichen Oberflächen messen. Doch auch dieser Sensor wird – wie bei allen Inline-Anlagen üblich – mit einem Roboterarm flexibel an die entsprechenden Merkmale der einzelnen Karosserieteile herangeführt. Ein Vorgehen, das die Präzision des gesamten Messsystems ohne Gegensteuerung beeinflusst. Die aktive Kompensation der Roboterausdehnung durch Eigenerwärmung und sich verändernder Umgebungstemperatur mit Hilfe der Referenzierung an Artefakten führt bei herkömmlichen Inline-Messystemen zu einer verlässlichen Wiederholgenauigkeit. Die für den messtechnischen Einsatz von Robotern geringe Absolut-Genauigkeit erforderte, dass die ermittelten Messwerte durch Vergleichsmessung mit Koordinatenmessgeräten offsettiert werden, und die Korrelation mit Hilfe von Mehrfachmessungen überprüft wird. Diese zusätzliche Auslastung der KMG im Messraum sowie der erforderliche Zeitaufwand stellen in der Automobilindustrie ein Problem dar und werden durch die Neuentwicklung des korrelationsfreien Messens künftig entfallen.
Sicherheit ab dem ersten Teil
Deshalb entwickelte der Messtechnik-Spezialist das korrelationsfreie Messen, das in der Linie bereits für das erste Bauteil die notwendige Sicherheit über die Maßhaltigkeit liefert. Ein System, das die Abweichung der Roboter von ihrer vorgegebenen Position – bedingt beispielsweise durch die oben beschriebenen Temperatureinflüsse – über Standardkameras detektiert. Diese werden oberhalb der Inlinezelle installiert und können so problemlos jede Bewegung des Sensors verfolgen. Damit das System die absolute Position der Sensoren im Raum bestimmen kann, befinden sich Marker auf den Roboterarmen und auf dem Boden der Inlinezelle. Aufgrund dieser Informationen und vor allem dank intelligenter Algorithmen erkennt die vom Hersteller entwickelte Software Abweichungen vom Normzustand und rechnet diese sofort heraus. Mit dem System können Unternehmen folglich darauf verzichten, in regelmäßigen Abständen ihre Karosserieteile auf einem KMG nachzumessen und die erkannten Abweichungen zwischen Inline und KMG als Korrekturwerte auf die Inline-Messanlagen zu übertragen. „Sie haben jetzt ab dem ersten Teil bereits die Sicherheit, dass die gemessenen Werte stimmen“, beschreibt Modrich den Vorteil für den Anwender. Viele Kundengespräche haben bestätigt, dass Autobauer „auf diese Entwicklung sehnsüchtig gewartet haben“.
