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3D-Scanmethode sichert die Passgenauigkeit des Karosseriepuzzles

| Autor/ Redakteur: Regina Marszalkowski-Wulf / Dietmar Kuhn

Ein Automobil setzt sich aus zahlreichen Teilen zusammen. Dies gilt auch für die Karosserie und den Rahmen. Damit diese meist aus umgeformten Blechen bestehenden Bauteile in der Montage exakt passen, müssen sie in der Breite ihrer Qualität und Maßhaltigkeit einwandfrei sein. Geprüft werden diese Teile dreidimensional durch Scannen.

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Die Konfiguration des Smart Scan-HE kann genau an die Anforderungen des Scanprojekts angepasst werden.
Die Konfiguration des Smart Scan-HE kann genau an die Anforderungen des Scanprojekts angepasst werden.
( Bild: Aicon )

Die Aicon 3D Systems GmbH gilt als führender Anbieter kamerabasierter, optischer 3D-Messsysteme. Das 1990 gegründete Unternehmen entwickelt und vertreibt portable Koordinatenmessgeräte für universelle Anwendungen sowie spezielle optische Messtechnik für die Fahrzeugsicherheit und die Rohrleitungsfertigung. Seit der Übernahme der Breuckmann GmbH 2012 bietet das Produktspektrum auch optische 3D-Messgeräte zur flächenhaften Erfassung von Objekten. Zu den weltweit ansässigen Referenzkunden gehören namhafte Automobilhersteller, deren Zulieferer, der Flugzeugbau sowie Unternehmen aus den Bereichen Schiffbau und erneuerbare Energien. Mit seinen aktuellen Produkten für die automatisierte Versuchs- und Prozessüberwachung erschließt sich Aicon 3D Systems weltweit neue Marktsegmente und erzielt ein überdurchschnittliches Wachstum. A-, B-, C- und D-Säulen zur optimalen Stabilisierung der Fahrzeugsicherheit in Kraftfahrzeugen sind aus der Automobilproduktion nicht mehr wegzudenken. Damit diese aus Blech gefertigten Komponenten sich später in der Montage nahtlos in die Karosserie einfügen, werden Formänderungen sowie Lage- und Größenabweichungen mithilfe von dreidimensionalen Scandaten geprüft.

Dabei helfen die computergestützte Qualitätskontrolle (CAQ) von Automobilsäulen auf der Basis dreidimensionaler Scandaten und eine professionelle Inspektionssoftware. Es handelt sich hier um ein einfaches, effizientes Verfahren, um die Ist-Daten von physikalischen Objekten mit den Soll-Daten ihrer CAD-Modelle zu vergleichen. Über die Formänderungen der Oberfläche hinaus, beispielsweise durch Verzug, werden auf schnelle und einfache Weise auch Lage- und Größenabweichungen von Löchern sowie des Beschnittrands von Blechen identifiziert und quantifiziert. Dem Anwender liefern diese Analysen innerhalb von wenigen Minuten Informationen für eventuell erforderliche Anpassungsmaßnahmen im Interesse einer spezifikationsgetreuen Fertigung. Für umfassende Messergebnisse über die Formveränderungen sowie die Lage- und Größenabweichungen des Knotenteils, beispielsweise einer Audi-TT-D-Säule, kommt der Smart Scan-HE zum Einsatz. Die präzisen Scandaten dieser Stahlblechkomponente (Abmessungen circa 50 cm × 35 cm × 15 cm) erlauben eine ganzheitliche Inspektion mit aussagefähigen Protokollen. Zur Prüfung der Blechteile wird der Smart Scan-HE eingesetzt. Dieses 3D-Messsystem zeichnet sich durch ein großes Maß an Flexibilität aus, denn das Messfeld, die Beleuchtung sowie die Kameraauflösung werden genau an die individuellen Projektanforderungen angepasst. Zur automatisierten Erfassung kann der Scanner mit einem Drehteller und einem Roboter kombiniert werden.

Die Projektbearbeitung erfolgt in zwei Arbeitsschritten. Mit dem Smart Scan-HE, einem Drehteller und der Auswertungssoftware Optocut werden die 3D-Geometrie- und Kantendaten automatisiert erzeugt. In der Inspektionssoftware Poly-Works-Inspector TM von InnovMetric Software Inc. wird die Qualitätsprüfung des Knotenteils realisiert – und bedarfsbedingt auch automatisiert. Die intuitive und benutzerfreundlich angelegte Software bietet die Möglichkeit, komplexe Scandatensätze mit den CAD-Daten zu vergleichen und auf deren Basis aussagekräftige Erstmusterprüfberichte oder Produktionsprüfprotokolle zu erstellen. Der Arbeitsablauf einer Prüfung sieht im Detail wie folgt aus:

Digitalisierung und Datenberechnung:

  • Einrichten des Smart Scan-HE und des Messobjekts;
  • durch den Einsatz eines Drehtellers, auf dem das Bauteil in Einbaulage reproduzierbar positioniert ist, wird der Messablauf teilweise automatisiert;
  • dreidimensionale Objektvermessung mit dem Smart Scan-HE;
  • Berechnung der Objektgeometrie und Visualisierung;
  • Berechnung des Beschnitt- und Lochbilds;
  • Erweiterung der Flächendaten (STL) bis an die ermittelten Kanten des Messobjekts (Feature Lines) und die
  • Übergabe der 3D-Daten der Flächen und detektierten Kanten im STL-Format an die Inspektionssoftware.

Inspektion mit Poly-Works-Inspector TM:

  • Importieren der CAD-Referenzdaten;
  • Erstellen der Prüfkriterien am CAD-Modell mit Schnittlinien, Beschnittkanten und für das Lochbild mit Lage, Durchmesser;
  • Laden der Scandaten und der Feature-Line-Daten sowie
  • automatisierter Inspektionsablauf inklusive Reporting durch Erstellen von Messprotokollen und Archivierung. Die Visualisierung der Qualitätsprüfung lässt sich beliebig gestalten: Falschfarbendarstellung in 2D und 3D, Tabellen mit Nominalwerten und Toleranzen, Schnitte und so weiter.

Bausteine für eine umfassende 3D-Qualitätsprüfung

Wegen der Nutzung modernster 3D-Scantechnologie mit dem Smart Scan-HE, einem Drehteller sowie einer leistungsfähigen Inspektionssoftware wird eine umfassende 3D-Qualitätsprüfung des Audi-TT-D-Säulen-Knotens ermöglicht. Diese gestaltet sich mit folgendem Ablauf:

  • Lokalisierung, Visualisierung und Quantifizierung von Toleranzen;
  • Überprüfung auf Maßhaltigkeit der geprüften Bauteile (zum Beispiel Erstmusterprüfung, Wareneingangsprüfung, Stichprobenprüfung in der Fertigung);
  • Überprüfung auf Form, Lage und Vollständigkeit von Bohrungen;
  • Überprüfung der Maßhaltigkeit der Blechberandung (Auffederung und Beschnitt) und
  • Überprüfung auf Formänderungen bedingt durch Materialeigenschaften, Abnutzung, Korrosion, Alterung und Ähnliches sowie deren Dokumentation.

Durch die schnelle automatische Erstmusterprüfung reduzieren sich die Inspektionszeiten, auch lässt sich wegen der frühzeitigen Fehleridentifikation und der entsprechenden Korrekturmaßnahmen die Produktionseffizienz deutlich verbessern. Trotz Bearbeitung großer Datenmengen aufgrund des ganzheitlichen Inspektionsansatzes wird eine Inspektionszeit von nur wenigen Sekunden erzielt. Zudem wird die Qualitätskontrolle durch frühzeitige Erstmusterprüfungen reduziert. Fehler lassen sich rechtzeitig identifizieren und korrigieren, sodass die Interpretation der Messergebnisse umgehend in den Herstellungsprozess zurückfließt. Damit steigern die Scandaten die Produktionseffizienz sowie im Endergebnis die Güte und Qualität der produzierten Säulen oder Karosserieteile.

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