Für Unternehmen der Automobilindustrie sind Qualitäts- und Prozessmanagement von großer Bedeutung. An Erstausrüster und Zulieferer werden immense Bedingungen gestellt, um eine hohe Qualität sicherzustellen und kontinuierliche Verbesserungen, Abfallreduzierung und Fehlerminimierung zu gewährleisten. Besonderes Augenmerk wird dabei auch auf den Innenraum eines PKWs gelegt, denn er trägt für den Fahrer in hohem Maße zur ‚Wohlfühl-Atmosphäre‘ bei. Für den perfekten Sitzkomfort im Fahrzeug stellen Fahrzeughersteller dementsprechend hohe Anforderungen an die zu verarbeitenden Schaumstoffe: Anpassungsfähig und flexibel sollen sie sein, widerstandsfähig und langlebig, aber auch eine gute Haptik und Optik besitzen. Hoher Qualitätsanspruch muss jedoch immer auch mit Wirtschaftlichkeit einhergehen.

Adient, ein amerikanischer Hersteller von Pkw-Kopfstützen und -Armlehnen, hat vor diesem Hintergrund in seinem slowenischen Werk in Slovenj Gradec kürzlich eine automatisierte Beschneidelinie für diese Produkte in Betrieb genommen. Ziel dieser Anlage war es, Taktzahl und Genauigkeit bei der Herstellung der geschäumten Kleinteile zu erhöhen, den Ausschuss zu verringern und damit die Effektivität des Fertigungsprozesses zu steigern.

Zwei Roboterzellen

Entwickelt und integriert wurde die Lösung zur exakten Trimmung von Armlehnen und Kopfstützen gemeinsam mit dem französischen Unternehmen Gips Vision. Dieser Anbieter von 3D-Systemen für die Schaumstoffproduktion mit Sitz in Marseille konzipierte dazu zwei Roboterzellen, die dem Produkt nach der Herstellung auf der Fertigungslinie sprichwörtlich den letzten Schliff geben.

In der ersten Zelle werden zunächst die 3D-Daten der Schaumstoffprodukte mittels einer 3D-Kamera des Typs ‚Ensenso N20‘ von IDS erfasst. Nach der Identifikation des Prüfobjekts führt ein Roboter die Kamera um das Produkt herum, die auf diese Weise eine sogenannte 3D-Punktwolke der geschäumten Kopfstützen oder Armlehnen erstellt. So entsteht ein exaktes 360°-Abbild des Schaumstoffproduktes, das die Verarbeitungseinheit mit einem vorgegebenen 3D-Modell vergleicht. Punkt für Punkt wird dabei die genaue Position der Beschnittkurve auf der tatsächlichen Schaumstoffoberfläche festgelegt.

In der zweiten Zelle beginnt die eigentliche Nacharbeit. Der dort integrierte Roboter trimmt das Produkt anhand der in Zelle 1 ermittelten Daten und schneidet dabei den Schaumstoff mit einem Schleifwerkzeug zu. Während dieses Beschneidevorgangs werden alle Grate oder Schaumstofffehler beseitigt, die der Autofahrer auf der Kontaktfläche spüren könnte.

Das System arbeitet auf 2/10 mm genau und ist rund um die Uhr einsetzbar. Dabei kann es bis zu 120 Schaumstoffteile pro Stunde fertigstellen. „Für unseren Kunden Adient ist dies der erste Schritt, um das Beschneiden ihrer Schaumstoffteile zu automatisieren“, erklärt Thomas Derrien, Innovation Project Leader bei Gips Vision. „Die Roboter mit integrierter Bildverarbeitung erleichtern die tägliche Arbeit erheblich, denn sie vermeiden immer gleiche, mühsame manuelle Tätigkeiten. Gleichzeitig sorgen sie für eine spürbare Qualitätsverbesserung.“

Per Triangulation entstehen exakte 360°-Abbilder der betrachteten Kopfstützen oder Armlehnen.

© IDS

Gips Vision hat sich für die Kamera ‚Ensenso N20‘ von IDS entschieden. Hauptgründe für die Integration dieses Modells waren ihre hohe Geschwindigkeit von bis zu 10 Hz und das abgedeckte Volumen bei einer Kamera-Auf-lösung von 1,3 Megapixel. Mit diesen Kenndaten war es möglich, die vom Kunden gewünschte Genauigkeit von 2/10 mm zu erreichen. Zudem ist das robuste, kompakte Aluminiumgehäuse der 3D-Kamera mit verschraubbaren GPIO-Steckverbindern für Trigger und Flash besonders für die raue Umgebung einer Fertigungshalle geeignet.

Alle ‚Ensenso‘-3D-Kameras arbeiten nach dem ‚Projected Texture Stereo Vision‘-Verfahren, das dem menschlichen Sehvermögen nachempfunden ist. Jedes Modell verwendet jeweils zwei CMOS-Sensoren sowie einen Projektor, der Hilfsstrukturen auf das aufzunehmende Objekt projiziert. In diesem Fall werden diese Strukturen auf den Schaumstoffteilen dargestellt, um die Genauigkeit der Oberflächenabbildung zu steigern.

Die beiden CMOS-Sensoren der in der Zelle 1 eingesetzten 3D-Kamera betrachten das jeweilige Schaumstoffteil aus unterschiedlichen Positionen. Obwohl der Bildinhalt beider Kamerabilder identisch scheint, weisen sie Unterschiede in der Lage der betrachteten Kopfstütze oder Armlehne auf. Da Abstand und Betrachtungswinkel der Kameras sowie die Brennweite der Optiken bekannt sind, kann die zugehörige Software diese Abweichungen durch Triangulation in bekannte Längen konvertieren. Somit ist es möglich, die 3D-Koordinaten jedes einzelnen Objektpunktes zu bestimmen und zu einer 3D-Punktewolke des zu bearbeitenden Schaumstoffteiles zusammenzuführen.

Die Qualität des eingesetzten Stereo-Vision-Verfahrens ist dabei direkt von den vorliegenden Lichtverhältnissen und der Oberflächenbeschaffenheit (Texturen) der Objekte abhängig. Da Schaumstoff im Vergleich zu glatten oder spiegelnden Oberflächen eine leicht erkennbare Textur aufweist, kann schon mit der Aufnahme eines Bildpaares eine ausreichende Genauigkeit erreicht werden. Das eingesetzte Kamera-Modell ermöglicht dadurch eine schnelle Bildaufnahme und Bildauswertung der 3D-Punktewolke. Die Kamera-Serie überzeugte damit sowohl den Systemintegrator als auch den Anwender.

Von Qualitätssicherung bis Pick & Place

Die Anforderungen an Hersteller und Zulieferer in Bezug auf Qualität und Preis steigen nicht nur in der Automobilindustrie. Auch in anderen Branchen werden die Veränderungen hin zu digitalen Prozessen weiter vorangetrieben. Das französische Unternehmen Gips Vision entwickelt daher nicht nur marktorientierte 3D-Anwendungen für die Schaumstoff-Fertigung, sondern lässt seine Expertise auch in ähnliche Anwendungen einfließen. ‚Ensenso 3D‘-Kameras bewähren sich dabei in den unterschiedlichsten Anwendungsszenarien, von Qualitätssicherung bis hin zu Pick&Place.

Ob zur präzisen Erfassung spezieller Details bei bewegten oder unbewegten Objekten auch auf glänzenden, dunklen und spiegelnde Oberflächen, ob für den Einsatz in Mehrkamerasystemen oder zur adaptiven Robotersteuerung: 3D-Vision- und Robot-Vision-Anwendungen erleichtern die tägliche Arbeit in der Robotertechnik und in der automatisierten Serienproduktion.

Autor: 
Silke von Gemmingen ist in der Unternehmens­kommunikation von IDS Imaging Development Systems in ­Obersulm tätig.