Roboterbasiertes 3D-Messsystem mit Temperaturkompensation

Hauptsächlich in der Automobilindustrie zur Vermessung von Karosserien kommt ein flexibles 3D-Messsystem zum Einsatz. Es wird je nach Anforderungen mit unterschiedlichen Robotern angeboten und...

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Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

Fastems Systems GmbH

Shining 3D Tech Co., Ltd

Hauptsächlich in der Automobilindustrie zur Vermessung von Karosserien kommt ein flexibles 3D-Messsystem zum Einsatz. Es wird je nach Anforderungen mit unterschiedlichen Robotern angeboten und verfügt über eine Temperaturkompensation und eine Absolutkalibrierung. Die sechsachsigen Roboter weisen eine hohe Verfahr- und Wiederholgenauigkeit auf.Für automatisierte Messaufgaben in der Automobilindustrie hat die Stäubli Tec-Systems GmbH, Bayreuth, das flexible 3D-Messsystem RX-Frams mit Temperaturkompensation und Absolutkalibrierung entwickelt. Es bietet laut Hersteller im Vergleich zu herkömmlichen Systemen folgende Vorteile:- Wegfall spezieller Prüfvorrichtungen, - gesteigerte Prozess-Flexibilität (verschiedene Modelltypen in der gleichen Messstation), - Kostenreduzierung im Vergleich zu herkömmlichen Messsystemen, - absolute Messungen in der Produktionslinie unter Verwendung von CAD-Dateien, - 100-prozentige Produktionskontrolle (inline oder offline).Je nach verwendetem Roboter liegt die System-Wiederholgenauigkeit mit Temperaturkompensation zwischen ±0,05 mm und ±0,08 mm. Die durchschnittliche Messzeit variiert zwischen 2 und 3 s. Das Messsystem lässt sich beim Modellwechsel einfach handhaben und ermöglicht eine Änderung der Prüfpunkte in wenigen Minuten. Zudem ist nur ein Lasersensor pro Roboter notwendig.Es sind verschiedene Messverfahren möglich. Zur Trendprüfung werden die Prüfpunkte per Hand an verschiedenen Stellen eines Teils geteacht. Das flexible Messsystem prüft die Nachfolgemodelle und stellt sicher, dass sie dem Trend oder einem Musterteil entsprechen. Werden Änderungen in der Prozesskonsistenz nachgewiesen, so kann das Teil auf einer festen Offline-Vermessungsvorrichtung genauer analysiert werden.Da die Prüfpunkte geteacht werden, erfordert diese Messtechnik nur die Wiederholgenauigkeit des Messsystems, um sicherzustellen, dass der Sensor jedes Mal an genau der gleichen Stelle, an der ein entsprechender Punkt geteacht wurde, positioniert wird. Durch Verwendung der Temperaturkompensation ist die Wiederholgenauigkeit des Messsystems nahezu genau so gut wie die Wiederholgenauigkeit des Roboters selbst.Bei absoluten Messungen mit Referenzteil werden die Punkte geteacht oder mittels einer CAD-Datei festgelegt. Ein beliebiges Referenzteil wird auf einer Koordinatenmessmaschine (KMM) gemessen. Diese Daten werden dann für die Korrelation des Robotermesssystems und der KMM verwendet. Das Robotermesssystem misst nun alle folgenden Teile in absoluten Koordinaten. Nach Feststellung der Korrelation benötigt diese Messtechnik nur noch ein Messsystem mit Wiederholgenauigkeit. Die absolute Genauigkeit des Messsystems entspricht deshalb in etwa seiner Wiederholgenauigkeit.Werden die Messpunkte von einer CAD-Datei festgelegt, so ist eine genaue Absolut-Positionierung durch den Roboter erforderlich, um den Sensor so genau wie möglich an den vom CAD definierten Punkt für die Korrelation mit der KMM zu positionieren. Eine hohe absolute Genauigkeit kann durch Kalibrieren des Roboters erzielt werden.Um den hohen Ansprüchen bei der Automatisierung von flexiblen Messsystemen entsprechen zu können, sind sehr genaue Roboter mit einer hohen Wiederholgenauigkeit und einer besonderen Software für Kalibrierung und Temperaturkompensation notwendig. Geräte mit geringerer Leistungsfähigkeit erfüllen die strengen Anforderungen aufgrund des Getriebespiels, der zu niedrigen Wiederholgenauigkeit und Geschwindigkeit nicht. Bereits zahlreiche Automobilhersteller wählten die RX-Frams-Roboter von Stäubli für Inline- und Offline-Messaufgaben.Bei Daimler-Chrysler in Bremen sind drei Zellen mit zwei bis vier Robotern des Typs RX 170L ausgestattet. Es werden 262 Prüfpunkte in der Rohbau-Produktionslinie vermessen, beginnend mit dem Vorderbau, dem hinteren Unterboden und den kompletten Seitenwänden. Jeder Sechsachser arbeitet mit Temperaturkompensation. In der ersten Station wird mit zwei Knickarmrobotern der Vorbau mit je 24 Prüfpunkten auf jeder Seite gemessen.Die nächsten Messungen erfolgen in der Mitte der Rohbaulinie mit vier Robotern. Die gesamte Karosserie wird durch 44 Prüfpunkte auf jeder Seite abgedeckt. Bei der anschließenden Messung am Ende der Rohbaulinie vermessen zwei RX 170L jeweils 27 Punkte. Da die Zykluszeit der Linie länger ist als die Dauer des Messzyklus, präsentieren zwei Drehtische den Robotern Karosserieseitenteile und Radkästen zur Vermessung.Der neue Vaneo von Daimler-Chrysler wird von drei RX 170L-Robotern in zwei verschiedenen Messstationen geprüft. In Ludwigsfelde bei Berlin kommt hierbei zum ersten Mal die neue PC-gestützte Perceptron-IP-Net-Steuerung in einer Frams-Anwendung zum Einsatz. In einer ersten Messstation misst ein Roboter 34 Prüfpunkte am Fahrzeug-Unterboden. In einer zweiten Station werden von zwei Geräten 71 über die Seiten- und Heckflächen der Karosserie verteilte Punkte gemessen. Die von der Automobilindustrie für die Qualitätskontrolle benutzte Messtechnik findet auch in anderen Sparten zunehmendes Interesse, beispielsweise der Luft- und Raumfahrt.