Der robotergestützte Verbau oder das Fügen von unterschiedlichen Anbauteilen gehört bei der Herstellung von Automobilen zu den anspruchsvollsten Prozessen. Denn die Präzision dieses Produktionsvorganges spiegelt direkt die Wertigkeit und Qualität des Fahrzeuges für den Kunden sichtbar wieder. Um diesem hohen Anspruch gerecht werden zu können, hat VMT eine wegweisende Systemlösung für dieses Anwendungsfeld entwickelt – Sense&Place.
Ziel dieser Entwicklung war es, eine hochpräzise und stabile Messung bei gleichzeitiger einfacher und schneller Systemeinrichtung bieten zu können. Bewährte VMT-Software-Funktionalitäten und erprobte Sensorik wurden mit neuen Antast- und Auswerteverfahren verheiratet. Anders als bei sonst marktüblichen Lösungen, bleiben durch die Nutzung von Infrarot-Lasern Fremdlichteinflüsse, Schwankungen in der Oberflächenfarbe und -struktur ohne Einfluss auf das Messergebnis – und dies in Laserschutzklasse 1. Das Messen auf unterschiedlichen Materialien wie zum Beispiel Blech auf Blech (auch Mischbauweisen), Glas auf Blech, CFK (carbonfaserverstärkter Kunststoff) auf Blech, Kunststoff auf Blech und so weiter, ist somit problemlos möglich.
VMT Sense&Place ist kaskadierbar aufgebaut. Je nach Anforderung an Taktzeit, Störkonturen oder Zugänglichkeit kann die Sensoranzahl von Stückzahl 1 bis n frei gewählt werden. Um das Einrichten des Systems und die Kommunikation mit dem Roboter durchführen zu können, ist ein weiterer wichtiger Bestandteil der Systemlösung das VMT-Technologiepaket. Dieser Software-Baustein wird direkt aus dem Roboter-Programm aufgerufen und sorgt für eine standardisierte Verlinkung zwischen dem Roboter und dem VMT-Sense&Place-System. Diese Online-Verbindung sorgt unter anderem dafür, dass alle wichtigen Roboterparameter zu jedem Zeitpunkt für das System zur Verfügung stehen. Gerade bei der Überprüfung der Tool Center Points der Sensoren beziehungsweise bei einem Rekalibriervorgang sind diese Informationen wichtig. Durch den Funktionsbaustein wird dies alles organisiert, sodass der Roboterprogrammierer keinen zusätzlichen Aufwand hat.
Elementare Funktionen der Systemlösung
Die eigentliche Messung der Verbauposition kann entkoppelt vom Fügeprozess als eigenständiger Prozess – zum Beispiel mit einem Messroboter – oder in Verbindung mit am Bauteilgreifer montierten Sensoren realisiert werden. Durch die kompakte Bauweise der Lasersensoren und je nach Anforderung wählbaren Messabständen, ist eine mechanische Integration im Bauteilgreifer und so weiter möglich. Durch die Kombination von hochgenauen Lasersensoren, intelligenten Auswertealgorithmen und die durch das VMT-Technologiepaket genutzten Roboterinformationen, ist eine Messgenauigkeit von typisch besser 0,2 Millimeter erreichbar. Um die 3D-Lageinformation der Verbauposition zu ermitteln, werden mindestens vier Messpunkte benötigt. Je nach Systemauslegung kann nun der Roboter einen Sensor an diese vier Messpunkte fahren oder zum Beispiel bei einem mit vier Sensoren ausgerüsteten Bauteilgreifer an eine Messposition fahren.
Speziell bei Produktionsprozessen an der fertig lackierten Karosse kommen die Stärken von VMT Sense&Place zur Geltung: unterschiedliche Farben, hoher Glanzgrad, matte Lacke – alles ohne Einfluss auf die Messung. Die Systemlösung ist hier ideal für den automatischen Verbau von Fahrzeugscheiben, Moduldächern, CFK-Dächern und so weiter. Ebenso kann das zu montierende Bauteil vor der Aufnahme in den Bauteilgreifer lagerichtig bestimmt werden und somit positionsgenau im Greifer aufgenommen werden. Da eine solche Montageoperation oftmals in direkter Verbindung mit dem Auftrag von Kleber steht, hat VMT das System so konzipiert, dass ohne Probleme eine Kombination mit dem VMT SpinTop 3D zur vollautomatischen online 3D-Kleberaupenkontrolle möglich ist.
Neben der präzisen und stabilen Messung ist aber auch die zuverlässige Überprüfung der Systemfunktionalität eine elementare Einrichtung von Sense&Place. Einfache und standardisierte Prozeduren zur Messbereichskontrolle, der sogenannte Sensor-Check beziehungsweise Rekalibrierung, die vollautomatisch in regelmäßigen Zeitintervallen durchgeführt werden können, sichern den hohen Qualitätsstandard des Messsystems und somit den der Produktion.
Hierzu wird die Sensorik an eine Kalibriervorrichtung gefahren, es wird eine Messprozedur durchgeführt und bei eventuellen Abweichungen zum Systemsollzustand wird der Tool Center Point eines eventuell verstellten Sensors vollautomatisch mathematisch korrigiert. Diese Funktionalität ermöglicht im Fehlerfall auch einen schnellen und ebenso einfachen Sensortausch. Stillstandszeiten durch Instandhaltungsmaßnahmen werden dadurch auf ein Minimum reduziert und das unkontrollierte „Weglaufen“ von Fertigungstoleranzen sicher verhindert. VMT spricht hier von der „selbstorganisierenden Sensorik“. Dies wird in den heutigen Produktionslinien zusehends wichtiger, da viele Prozesse vollautomatisch durchgeführt werden und keine Mitarbeiter zur visuellen Kontrolle mehr vorhanden sind.
Vollautomatischer Verbau von Scheiben
Ein typischer Anwendungsfall für Sense&Place ist der vollautomatische Verbau von Scheiben am Fahrzeug. Es gibt verschiedene Ansätze, wie eine dafür vorgesehene Roboterzelle aufgebaut sein kann. Grundsätzlich sind Prozessschritte aber gleich. Der Roboter nimmt eine Scheibe mit dem Greifer auf. Damit die Scheibe sich lagegenau im Greifer befindet, wird die Scheibe vor dem Greifvorgang mechanisch vorpositioniert oder mittels der am Roboter befindlichen Sense&Place-Sensorik vermessen. Danach wird der für die Montage erforderliche Kleber mittels automatischen Auftragssystem appliziert. Hier kommt nun der VMT SpinTop 3D zum Einsatz, um online den Kleberauftrag und somit die Raupengeometrie zu kontrollieren. Nach erfolgtem Kleberauftrag verfährt der Roboter die Scheibe in Richtung Einbauposition.
Sobald der Einbauort in den Messbereich der Sense&Place-Sensoren kommt, ermittelt das VMT-System die präzise 6-dimensionale Lage der Einbauposition. Diese Information wird zur Bahnkorrektur des Roboters verwendet, der dann die Scheibe lagerichtig mit der Karosse fügt. Abschließend kann dann mit der Sense&Place-Sensorik eine Kontrollmessung der Einbauposition vorgenommen werden und das Ergebnis zur Qualitätssicherung entsprechend archiviert werden.
Somit ist der gesamte Prozess vom Greifen der Scheibe bis zur Kontrolle der Verbauqualität durchgängig und transparent dokumentiert und somit nachvollziehbar.
