Zum Leuchten gebracht

Überprüfung von Wachskontamination im Kofferraum

In der Automobilindustrie ist die Einhaltung von Qualitätsstandards im Bereich der Karosserieversiegelung ein unverzichtbares Muss. Diese Hohlraumkonservierung (HRK) wird mittels Robotertechnik vollautomatisch durchgeführt. Besondere Herausforderungen stellt die Einrichtung einer automatischen Qualitätsprüfung in eine bereits bestehende Produktionsanlage.


 Ein Automobilhersteller beauftragte VMT Bildverarbeitungssysteme, in seiner vorhandenen Produktionsanlage eine automatische Überprüfung von Wachskontamination im Bereich des Kofferraumbodens zu realisieren.
Da die Konservierung auch in Bereichen durchgeführt werden muss, in denen später noch andere Bauteile montiert bzw. verklebt werden, ist sicherzustellen, dass keine späteren Funktionsflächen mit dem HRK-Material kontaminiert worden sind. Deshalb werden vorher bestimmte Bereiche mit speziellen Rahmen maskiert. Diese Rahmen müssen vor der Applikation im Fahrzeug montiert und nach der automatischen Applikation wieder entnommen werden. Gleichzeitig erfolgt bei der Entnahme noch eine Sichtprüfung durch den Mitarbeiter.
Um eine Überprüfung der Bereiche überhaupt durchführen zu können, wird das HRK-Material mit fluoreszierenden Partikeln versetzt. Diese Partikel fluoreszieren bei Anregung mit einer bestimmten Lichtwellenlänge im UV-Bereich und werden somit für das menschliche Auge sichtbar. Genau diese Eigenschaft wurde genutzt, um eine automatische Überprüfung der zu inspizierenden Bereiche zu realisieren.
Bei der Umsetzung stellten sich folgende Herausforderungen:
 - Die Lichtleistung der UV-Strahlung musste bei einem Beleuchtungsabstand von ca. 4 m auf die zu inspizierenden Bereiche gebracht werden.
 - Es mussten industrietaugliche UV-Strahler mit hoher Lichtleistung und geeigneter Abstrahlcharakteristik gefunden werden, um die Bereiche optimal auszuleuchten.
 - Die Kamera- und Beleuchtungspositionen mussten so gewählt werden, dass die zu kontrollierenden Bereiche im Inneren des Fahrzeugs für die Kameras einsehbar sind und mit den UV-Strahlern beleuchtet werden konnten.
 - Es mussten Kontaminierungen ab einer Größe von 2 mm² sicher erkannt werden.
Um eine optimale Anregung der Partikel zu erreichen, wurde in Vorversuchen die genaue Wellenlänge ermittelt, bei der ein maximaler Fluoreszenzeffekt auftritt.

Die Kamerapositionen wurden so gewählt, dass an den vorhandenen Roboterprogrammen keine Änderungen notwendig sind und eine optimale Auswertung gewährleistet ist. Zusätzlich galt es zu berücksichtigen, dass verschiedene Karossentypen mit unterschiedlichen Prüfbereichen kontrolliert werden sollen.


Lösungsansatz
Vier GigE-Kameras werden so angeordnet, dass die gesamten zu prüfenden Bereiche überlappend erfasst werden. Hierbei ist beispielsweise eine Kamera so montiert, dass diese von vorne durch die Frontscheibe in die Kofferraummulde blickt. Der Abstand der einzelnen Kameras zu dem prüfenden Bereich beträgt bis zu 5 m. Die speziell für diese Applikation gefertigten LED-UV-Beleuchtungen sind ebenfalls in einem großen Abstand zu der zu inspizierenden Fläche installiert worden, um Kollisionen mit den Robotern zu vermeiden (Abb. 1). Die Sichtfenster der gesamten Applikationskabine sind aus Arbeitssicherheitsgründen mit spezieller UV-Folie beschichtet, sodass keine UV-Strahlung in den Arbeitsbereich der Werker dringen kann.


Prüfungsvorgang
Die Prüfung der Kontaminierung ist vollständig in den Automatikablauf der Gesamtstation integriert. Hierbei wird, nachdem eine Karosse in die Station eingefördert worden ist, die LED-UV-Beleuchtung eingeschaltet und mit den Kameras die erste Bildaufnahme ohne Applikation gestartet. Anschließend führen die Roboter die Applikation aus, d.h., die Roboter beschichten die Hohlräume der Karosse mit HRK-Material. Nachdem die Roboter wieder in ihre Ausgangsposition gefahren sind, wird die LED-UV-Beleuchtung ein zweites Mal zugschaltet und die zweite Bildaufnahme gestartet.
Anschließend subtrahiert man Bild 1 von Bild 2, und im Differenzbild werden die Positionen sichtbar, an denen es Unterschiede zwischen Bild 1 und Bild 2 gibt. Durch eine Anpassung der Kameraparameter ist das SNR (signal to noise ratio/Signal-Rausch-Verhältnis) zwischen nicht kontaminierten Flächen und mit fluoreszierendem HRK-Material kontaminierten Flächen so groß, dass die Kontamination mit einem relativ einfachen Schwellwertverfahren sicher erkannt werden kann.


Ergebnis
Die ursprüngliche Vorgabe zur Erkennung von Fehlern von minimal 2 mm² kann mit dem beschriebenen Verfahren prozesssicher realisiert werden und ist in diesem Fall sogar weit übertroffen worden. Der Nachweise der Prozesssicherheit sind anhand einer kompletten Produktionsschicht erbracht worden. Hierbei sind alle applizierten Fahrzeuge visuell durch geschultes Personal kontrolliert und die Ergebnisse mit dem Prüfergebnis des VMT-IS-Systems verglichen worden.
Welcher Fahrzeugtyp mit welchen Prüfaufgaben zu prüfen ist, wird dem VMT-Inspektionssystem über eine Profibusschnittstelle von der Anlagensteuerung mitgeteilt. Anhand dieser Information wird dann der entsprechende Prüfplan inklusive der dazugehörigen Parameter geladen und die Prüfungen werden durchgeführt. Das Ergebnis wird dem Anlagenbediener auf einem Monitor angezeigt und die genaue Position der erkannten Kontaminierung dort grafisch dargestellt. Des Weiteren wird eine Fehlermeldung über das Bussystem an die Anlagensteuerung übergeben. Dieses wird dann in den folgenden Stationen dazu genutzt, die Karosse gezielt anzuhalten und die kontaminierten Bereiche manuell zu reinigen.

Ausblick
Durch die rasante Entwicklung der LED-Technik stehen nun auch leistungsfähige industrietaugliche UV-LED-Beleuchtungen zur Verfügung, die einen Einsatz unter Produktionsbedingungen ermöglichen. Insbesondere im Bereich der NDT (non destructive testing/zerstörungsfreien Werkstoffprüfung) ist somit eine wichtige Grundlage gegeben, Prüfprozesse zu automatisieren, die bisher mit hohem Aufwand manuell ausgeführt wurden.

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