Die transparente Fertigung

26. Mai 2008, 0:00 Uhr | Computer Automation

Vor sieben Jahren kam die exklusive Oberklasse-Limousine Phaeton auf die Straßen, die in der „Gläsernen Manufaktur“ von Volkswagen in Dresden gefertigt wird – in Handarbeit. In der von Transparenz und Perfektion geprägten offenen Fertigung übernehmen Roboter die automatische Radmontage.

Bei der Radmontage bestimmen Robot Guidance Sensoren (RGS) von Isra Vision die 3D-Position der Radnabe, anhand derer der Roboter das Rad aufsetzen und verschrauben kann. Die Messung im Einzelnen: Die Karosse wird auf einem Drehtisch abgesenkt und in die richtige Position gedreht. Nachdem sich der Roboter das Rad gegriffen hat, führt er den Sensor vor die Radnabe mit der Bremsscheibe, um die genaue 3D-Position zu bestimmen. Der RGS-Sensor ermöglicht die 3DRoboterführung mit einer Messgenauigkeit bis zu ±0,2 mm auf Basis des Mehrlinien-3D-Flächen-Matching. Dieses Messprinzip nutzt Flächenbeleuchtung und Multilinien-Projektion.

Gemessen werden die fünf Montagelöcher zur Positionsbestimmung bei einem Messabstand von etwa 500 mm. Die Bestimmung der Bremsscheibenlage im Raum, die für den Verschraubprozess der Räder notwendig ist, erfolgt in zwei Messungen: Die erste Messung dient der Ebenenbestimmung mit dem Streifenlicht des RGS. Die zweite Messung ermittelt mit der integrierten Auflichtbeleuchtung die Position der Schraublöcher in der Ebene der Bremsscheibe. Beide Messungen werden in der Bildverarbeitungs-Software Rovis (Robot Vision) miteinander verknüpft, so dass der vollständige 3D-Vektor für die optimale Verschraubung der Räder an den Roboter übergeben werden kann. Mit Hilfe dieser Informationen kann der Roboter das Rad anschließend in die korrigierte Montageposition bewegen und verschrauben. Die Schritte wiederholen sich, bis alle vier Räder verschraubt sind. Mit dem Drehtisch wird dabei die Autoseite gewechselt.

Doppelbild-Strategie statt Stereo-Prinzip

Der RGS verbindet die Ortsbestimmung beliebig geformter Flächen mit der Möglichkeit präziser 3D-Messungen. Diese Doppelbild-Strategie ermöglicht eine robuste Messung, die auch bei einer nur teilweisen Erkennung richtige Mess-Ergebnisse liefert. Das herkömmlich verwendete Stereo-Prinzip lässt dies nicht zu, da hier aus zwei Kamerabildern gleichzeitig die Mess-Informationen zu extrahieren sind, damit die Messung verwertbare Ergebnisse zur Verfügung stellt. Grundsätzlich ermöglichen die Robot-Guidance-Sensoren zwei- und dreidimensionale Vermessungen von Komponenten oder Werkstücken sowie die Bestimmung ihrer Positionen in Raumkoordinaten während des Fertigungsprozesses.

Da es die Sensoren in verschiedenen Längen gibt, lassen sie sich an unterschiedliche Messvolumina und -genauigkeiten anpassen. Als Mess-Informationen dienen markante Objektmerkmale wie Kurven, Punkte, Flächenprofile und Löcher. Die Bestimmung von Gap und Flush – dem Spaltmaß und der Bündigkeit zwischen zwei Bauteilen – ist ebenfalls möglich. Die Messung bei VW erfolgt im Stillstand, es kann ebenso in der Bewegung gemessen werden.

Online-Visualisierung der Messdaten und Messabweichungen in Echtzeit.
Online-Visualisierung der Messdaten und Messabweichungen in Echtzeit.

Eine besondere Herausforderung der Anwendung bei VW sind die stark wechselnden Lichtverhältnisse. Die großen Glasflächen in der Fertigung der Gläsernen Manufaktur erfordern eine überdurchschnittlich hohe Robustheit der Messung auch gegen Fremdlicht und Überstrahlungen. Diesen Anforderungen begegnen die Robot-Guidance-Sensoren zum einen durch das Mehrlinien-3D-Flächenmatching sowie durch LED-Technik: So erhöhen die Verwendung von Hochgeschwindigkeitsalgorithmen und der Einsatz nur einer Kamera die Geschwindigkeit und folglich die Robustheit des Messvorganges. Das schmalbandige LED-Licht mit Kamerafilter, die flexible Sensoranordnung und last but not least die Color Dynamic Control-Technologie (CDC) steigern die Robustheit. Die automatische Streifenerkennung und Kalibrierung sowie das interaktive Teach-In vereinfachen die Bedienung.

Vor allem die CDC-Funktion gestattet das fremdlicht- und farbunabhängige Messen: Ein CDC-Bild entsteht durch die Kombination von Bildaufnahmen unterschiedlicher Shutterzeiten, wodurch sich große Helligkeitsintervalle auflösen lassen. Damit sind Fremdlichteinflüsse bei der Messung in der gläsernen Manufaktur nahezu ausgeschlossen.

Für die Robot-Guidance-Sensoren ist eine automatische Kalibrierprozedur in der Software vorgesehen, die sowohl die Kamera- als auch die Mehrlinienkalibrierung mit einem 3D-Kalibrierkörper umfasst. Die Ergebnisse der Kalibrierung werden dreidimensional visualisiert und auf Plausibilität geprüft.


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