Roboterbasierte 3D-Inline-Inspektion

Aus dieser Marktsituation heraus entwickelte LASS Technology das FlexScan-System. Dieses war ursprünglich zunächst mit Fokus auf die Dimensionsmessung konzipiert, wurde dann aber konsequent technisch verfeinert zu einer vollintegrierten Lösung für Geometrieprüfung, Schweißnahtanalyse und optischer Bauteilinspektion direkt in der Produktionslinie. Besonderes Merkmal ist dabei nicht nur die Bündelung mehrerer Prüfaufgaben in einem einzigen Prüfprozess, sondern auch der vollautomatisierte Dauerbetrieb ohne Bedienereingriffe.

„Unser Ziel war es, ein Messsystem zu schaffen, das unabhängig vom Menschen arbeitet und dennoch auch unter rauen Produktionsbedingungen höchste Genauigkeit liefert“, erklärt Hüseyin Bozan, CTO von LASS Technology. „FlexScan ist unsere Antwort auf den Bedarf nach einer echten 100-%-Prüfung in Massenproduktionslinien.“

Das Ergebnis ist ein individuell konfigurierbares, robotergestütztes 3D-Laserscanning-System, das sowohl Einzelteile als auch komplette Karosserien schnell, zuverlässig und validierbar inline prüft.

Für die Umsetzung dieser Applikation setzte LASS Technology auf ein starkes Technologie-Trio: AT Sensors, EVT Eye Vision Technology und die eigene Systemkompetenz. Als einer der führenden Komponentenhersteller für Bildverarbeitung lieferte AT Sensors die hochpräzise 3D-Sensorik, EVT schrieb die leistungsfähige und zugleich flexible Bildverarbeitungssoftware und LASS Technology übernahm schließlich die robotergestützte Systemintegration.

Bei der Entwicklung dieser Applikation gab es jedoch zunächst einige Hürden zu überwinden. Eine der größten Herausforderungen bei der Entwicklung von FlexScan lag in der enormen Variantenvielfalt. Unterschiedliche Bauteilgeometrien, wechselnde Prüfaufgaben und individuelle Kundenanforderungen erforderten ein System, das flexibel konfigurierbar ist und dennoch langfristig stabil läuft.

„Ein vollautomatisches System muss in jeder Situation zuverlässig funktionieren, ohne Stillstände, ohne Nachjustieren, ohne Interpretationsspielraum“, so Bozan. Die Entwicklungszeit spiegelt diesen Anspruch wider: drei Jahre Prototypenphase, ein Jahr Applikationsoptimierung und über acht Jahre kontinuierliche System- und Softwareentwicklung mit wachsender installierter Basis.

Für die Umsetzung der unterschiedlichen Prüfaufgaben im FlexScan-System schlug AT den gleichzeitigen Einsatz von zwei unterschiedlichen 3D-Kompaktsensoren aus der 2040-Linie vor. Grundsätzlich gilt der 2040CS als verlässlicher Sensor-Allrounder im AT Portfolio: Mit einem Sichtfeld von 63 mm, einer Auflösung von 31 µm in der X-Achse und beeindruckenden 0,9 µm in Z kombiniert er hohe Auflösung mit einer Profilgeschwindigkeit von 43 kHz. Der blaue Laser sorgt für ein besonders klares Signal, was sich als ideal für schnelle Inline-Messungen von Geometrie und Schweißnähten erweist. Ergänzt wird der 2040CS mit 63mm Sichtfeld durch den 2040CS mit 100 mm Sichtfeld, der für größere Profilmessungen und Multi-Sensor-Kalibrierungen eingesetzt wird. Mit 49 µm Auflösung in X und 3 µm in Z bietet er die nötige Flexibilität bei großvolumigen Bauteilen.

„Für uns ist die Bildqualität der Sensoren der entscheidende Faktor“, betont Dr.-Ing. Athinodoros Klipfel, Head of Sales bei AT Sensors. „Nur ein rauscharmes, stabiles Signal ermöglicht es, Messunsicherheiten bei komplexen robotergestützten Anwendungen systematisch zu reduzieren und reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen.“ Die Entscheidung für Komponenten von AT Sensors kam für LASS Technology nicht von ungefähr. Neben Auflösung und Geschwindigkeit überzeugten vor allem Robustheit, Signalstabilität und die extrem geringe Rauschcharakteristik der Sensoren.

„Die Qualität der aufgenommenen Profile reduziert unseren Entwicklungsaufwand erheblich“, erklärt Bozan. „Je besser das Rohsignal, desto stabiler und effizienter kann die Auswertesoftware arbeiten.“

Die komplette Auswertung der Daten wird durch die EyeVision-Software von EVT Eye Vision Technology geregelt. Dabei setzt EVT bewusst auf eine Standardsoftware, die über grafisch kombinierbare Befehlsbausteine individuell angepasst wird. Für die Schweißnahtprüfung wurde ein zusätzlicher spezieller Befehl entwickelt, während die Oberflächen- und Geometrieprüfung vollständig mit Standardfunktionen realisiert wird.

„Unser Anspruch ist es, leistungsfähige Bildverarbeitung so einfach wie möglich nutzbar zu machen“, sagt Michael Beising, CEO von EVT, der bereits seit mehr als neun Jahren mit LASS Technology zusammenarbeitet und dabei das große Interesse von dem Kunden an innovativen, global einsetzbaren Lösungen betont. „Wenn ein Setup einmal sauber konfiguriert ist, kann es weltweit reproduziert und langfristig verlässlich betrieben werden.“ Je nach Konfiguration erreicht das System abhängig von Robotik und Sensorauflösung eine Genauigkeit von 0,05 bis 0,15 mm und eine Wiederholgenauigkeit von 0,04 bis 0,12 mm.

FlexScan zeigt eindrucksvoll, wie moderne 3D-Sensorik, leistungsfähige Bildverarbeitung und durchdachte Systemintegration zusammenwirken können. Dank der hohen Messgeschwindigkeit des Systems ist eine echte 100%-Prüfung möglich, ohne den Produktionsfluss zu beeinträchtigen. Gleichzeitig erlaubt das modulare und kundenspezifische Systemdesign eine präzise Anpassung an unterschiedliche Bauteilgeometrien, Taktzeiten und Produktionsumgebungen. Damit lässt sich FlexScan nahtlos in bestehende Produktionslinien integrieren und flexibel an neue Anforderungen anpassen. Die Kombination aus AT Sensors, EVT Eye Vision Technology und LASS Technology steht demnach exemplarisch für den Wandel in der industriellen Qualitätsprüfung: weg vom Menschen, hin zu stabilen, automatisierten Prozessen – und damit zu messbar besserer Qualität. Oder, wie Dr.-Ing. Athinodoros Klipfel von AT Sensors es zusammenfasst: „Automatisierte Prüfung ist kein Trend mehr, sie ist Voraussetzung für nachhaltige Produktionsqualität.“