Künftig werden die Dichtungsprofile in der robotergestützten Rollkopf-Applikationsanlage bei Audi direkt von der Endlosrolle zugeführt und auf die Bauteile appliziert. Sämtliche Vor-Operationen – die Ablängung der Dichtung, das Heraustrennen halbzeugtypischer Profilstöße und die Einbringung von Löchern zum Wassermanagement – sind innovativer, bereits patentierter Bestandteil des Applikationsprozesses. 
Die dynamische Rollkopftechnik ersetzt die bis dato in der Montage um-gesetzte, technisch aufwendigere und betreuungsintensivere Plattentechnik. Die Applikation beziehungsweise Montage der Dichtungen auf die einzelnen Türen erfolgt hier mit einem Spannrahmen, der geometriespezifisch konstruiert ist und nur vorkonfektionierte, einzeln abgelängte und zum Dichtungsring verbundene Profile aufbringen kann. Durch die Rollkopftechnik können künftig sowohl die kostenintensiven Detailkonstruktionen, für zum Beispiel Profilaufnahmen, als auch die Bereitstellung typspezifischer, vorkon-fektionierter Einzeldichtungen entfallen, die sonst anlagenseitig in separaten Speichermagazinen angestellt werden mussten. Zudem wird durch die konzeptbedingte Typenflexibilität der Nutzungsgrad des Applikationssystems deutlich steigen. Doch wie sieht das Ganze im Detail aus?

Neuer Prozessstandard für die Fahrzeugmontage

Die flächenbasierte Antastung des VMT OSC6D liefert – im Gegensatz zum Antasten von Kanten, Löchern und anderen mechanischen Bauteile-Merkmalen – immer genügend Details für die exakte Lage-Erkennung und die Identifizierung der Türentypen.

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Mit der robotergestützten Applikation von Tür-Primärdichtungen in Rollkopf-technik hat Automobilhersteller Audi einen neuen Prozessstandard für seine Fahrzeugmontage entwickelt. Die für den Prozess erforderliche, millimeter-genaue Sichtführung der 6-Achs-Roboter gewährleistet die Bildverarbeitungs-lösung ‚VMT OSC6D‘ von VMT Vision Machine Technic Bildverarbeitungs-systeme. Das BV-System ermittelt die Kontur- und Lagedaten der Fahrzeug-türen unterschiedlicher Modelle, die im Audi-Werk in Ingolstadt vom Band laufen. Dabei werden Form und Position der in einem Transportgestell befindlichen Bauteile durch einen Stereoprojektionssensor aufgenommen. Die flächenbasierte Antastung liefert – im Gegensatz zum Antasten von Kanten, Löchern und anderen mechanischen Bauteile-Merkmalen – immer genügend Details für die exakte Lage-Erkennung und die Identifizierung der Türentypen.

Die Softwareplattform ‚MSS‘ (Multi Sensor System) des Bildverarbeitungs-systems vergleicht die ermittelten Kontur- und Positionswerte mit den gespeicherten CAD-Referenzdaten und ermittelt die tatsächlichen Bauteile-Lagekoordinaten zur Führung der 6-Achs-Roboter. Dadurch gewährleistet das System beherrschbare, stabile und hoch verfügbare Applikationsprozesse für verschiedene Türvarianten – zu denen per ‚MSS-Einricht-Wizard‘ jederzeit die Türen neuer Modelle hinzugefügt werden können.

Applikation von Türdichtungen

Mit den Daten des ‚VMT OSC6D‘ wird die räumliche Roboter-Koordinatenbasis auf die tatsächliche Bauteil-Position im Türgestell so angepasst,

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Der Produktionsbereich ‚Manufacturing Engineering‘ von Audi hat die roboter-gestützte Rollkopf-Applikationsanlage als Systemlieferant projektiert. Sie besteht aus vier identischen Roboter-zellen, die im Wesentlichen neben dem 6-Achs-Roboter mit Greifer aus jeweils einem Rollkopf mit vorlaufender Reinigungseinheit, einer Dichtungs-zuführung mit integrierter Stoßer-kennung und Lochpräge-Einheit sowie der Kamera-Systemlösung ‚VMT OSC6D‘ aufgebaut sind. Die Rollkopftechnik ersetzt die Plattentechnik, die bisher Standard war.
Dieser Wechsel kommt einem Paradigmenwechsel gleich, denn anstelle vorgefertigter und bauteilespezifisch bereitgestellter Tür-Primärdichtungen werden nun Dichtungsprofile von einer Endlosrolle verarbeitet und für jeden Türentyp individuell angefertigt. Der zweite wesentliche Unterschied ist, dass die gesamte Tür jetzt mit höchster Präzision entlang eines stationären Roll-kopfs geführt wird. Die funktionsgerechte, exakte Dichtungsapplikation setzt somit eine lagegenaue Handhabung der Tür voraus. Die präzise Erkennung der Bauteil-Kontur vor der Entnahme durch den Roboter ist dafür eine entschei-dende Voraussetzung: Die optische Auflösung des Bildverarbeitungssystems ist besser als ±1 mm und definiert damit die bei der Sichtführung durch das Kamerasystem erzielbare Greifgenauigkeit.

BV-System gleicht Positionsverschiebungen aus

Dr. Jan-Oliver Brassel ist Geschäftsführer bei Audi Planung in Ingolstadt.

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Um höchstmögliche Sicherheit beim Greifen zu gewährleisten, muss jedes Bauteil zuvor in seiner Form erkannt und die Lage im Raum hochgenau erfasst werden. Dieses Antasten ist erfor-derlich, weil sich die Türen – obwohl im Transportgestell mit einer Lagetoleranz von ±0,3 mm an den Scharnierbolzen eingehängt und verriegelt – während der taktsynchronen Anlieferung zur Rollkopf-Applikationsanlage in ihrer Position verschieben können. Da jedes Gestell zwei Türen – vorne und hinten – anliefert, die von zwei Robotern entnommen werden, muss hier ein zusätzlicher, unvermeidlicher Störeinfluss ausgeglichen werden.
Erreicht das Transportgestell mit den Türen das Entnahmefenster der Station, erfolgt eine Positionsmeldung, die den Applikationsprozess initiiert. Jede Tür im Gestell wird, bevor sie entnommen wird, vom Bildverarbeitungssystem der jeweiligen Rollkopf-Applikationszelle per 3D-Scan sensorisch erfasst. Die flächenbasierte Antastung mit einem an der Handachse des Roboters montierten Stereoprojektionssensor bildet das Bauteil als Punktwolke ab. Diese enthält eine große Anzahl von Messwerten, die die Form- und Lage-Erkennung gewährleisten und die Darstellung eines genauen 3D-Abbilds des Bauteils im Raum ermöglichen. Farbvarianzen oder unterschiedliche optische Eigenschaften der Bauteil-Oberflächen haben dabei keinen praktischen Einfluss auf die Datenqualität – und damit die Prozesssicherheit.
Anhand der Daten des ‚VMT OSC6D‘ ermittelt die ‚MSS‘-Software die benötigte Positionsverschiebung des Koordinatensystems (Base-Verschiebung 1), wodurch die räumliche Roboter-Koordinatenbasis auf die tatsächliche Bauteil-Position im Türgestell angepasst und verschoben wird.

Des Weiteren ist für die Roboterführung zu beachten, dass die Türen gewichts-bedingt unter Vorspannung oder leicht gekippt in den Transportgestellen hängen. Diese Verkippung wird durch eine zusätzliche Anpassung der Roboter-Koordinatenbasis (Base-Verschiebung 2) berücksichtigt.

360°-Türhandling auf den Millimeter genau

Manuela Müller arbeitet im Bereich Planung Simulation und Robotik bei Audi in Neckarsulm.

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Mit den Daten des Bildverarbeitungs-systems kennen die Roboter der Rollkopf-Applikationsanlage nun die exakte Greifposition des Bauteils. Das Tür-Primärprofil wird durch einen Endlos-Zuführstrang, bestehend aus einer Abwickelungseinheit und einem Dichtungspuffer, kontinuierlich bereitgestellt. Der Roboter dreht die Fahrzeugtür um 360° am Applikations-Rollkopf vorbei, der durch normal zur Blechoberfläche aufgebrachten Druck das Dichtungsprofil an der Türzarge anfügt. Die Lagetoleranz der Dichtung von ±1 mm gegenüber der CAD-Referenz wird bei diesem Prozess eingehalten. Dies stellt die konstruktiv vorgegebene Verbau-Geometrie für die zuverlässige Funktion am fertigen Fahrzeug sicher. Nach Fertigstellung des Applikationsprozesses wird die Tür mit dem beim Ausheben ermittelten Verschiebungswert zurück in das Transportgestell gelegt. Ein eventuell auftretender Absetzfehler wird durch Sensorik im Greifmittel erkannt und verhindert.

Zukunftssicher automatisiert

Dr.-Ing. Michael Kleinkes verantwortet die Technische Leitung bei VMT Vision Machine Technic Bildverarbeitungs­systeme in Mannheim.

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Durch das neue Konzept der roboter-gestützten Rollkopf-Applikation erreicht Audi kostenseitig eine deutliche Reduzierung sowohl der Sachinves-titionen als auch der Einzelkosten. Zudem steigt die Typenflexibilität innerhalb des Applikationssystems, wodurch ein zusätzlicher Kostenvorteil bei Folge-Anläufen entsteht. Die ganzheitliche ‚VMT OSC6D‘-System-lösung mit Datenauswertung per ‚MSS‘-Plattform unterstützt eine solche Typenvielfalt: Der integrierte Einricht-Wizard ermöglicht eine Integration zusätzlicher Türentypen in die Anlage mit deutlich reduziertem Inbetrieb-nahme-Aufwand.
Im Prozess stellt das BV-System eine zuverlässige 3D-Erfassung der Bauteil-Geometrie und -lage mit minimaler Latenzzeit sicher. Der Ansatz der Sensoroffenheit ermöglicht es, anstelle eines Stereoprojek-tionssensors auch andere Bildaufnehmer, wie beispielsweise LiDAR-Sensoren, zu integrieren und das Gesamtsystem bei abweichenden Anforderungen und Randbedingungen in anderen Audi-Werken applikationsbezogen zu optimieren.