Erschienen am: 17.09.2018, Ausgabe SPS-MAGAZIN 9 2018

3D-Vermessung transparenter und nicht transparenter Objekte

UV-Profilsensor

Das Einhalten von Spaltmaßen im 1/10mm-Bereich stellt insbesondere die Automobilindustrie vor enorme Herausforderungen. Vor allem das Problem, Messungen auf unterschiedlichen Materialien wie Metall, Glas oder Kunststoff vorzunehmen, machte universell einsetzbare Lösungen lange Zeit schwierig. Mit einem speziellen 2D-/3D-Profilsensor ist es nun gelungen, diese hochkomplexe Anwendung zu lösen.


Bei der Montage von Automobilen steht jeder Hersteller vor derselben Frage: Wie schaffe ich es, bewegliche Komponenten wie Türen, Klappen, Schweinwerfer, Räder oder Fenster so ins Chassis zu integrieren, dass überall gleiche Abstände zum benachbarten Teil eingehalten werden? Dabei sollen die Spalt- und Bündigkeitsmaße einerseits am gesamten Auto einheitlich sein und andererseits extrem präzise auf wenige Zehntelmillimeter genau. Und: Wie überprüfe ich das Ergebnis an jedem einzelnen Produkt mit bis zu 150 Messpunkten pro Fahrzeug? Von Hand die Spaltmaße zu kontrollieren wäre technisch sehr unpräzise und verschlänge Unmengen an Kapazität und Kosten. Die Idee: Sensoren könnten die Abstände reproduzierbar und sehr präzise feststellen. Die gemessenen Werte könnten anschließend mit den ermittelten Ist-Werten abgeglichen werden. Das größte Problem dabei entsteht allerdings dadurch, dass ein Automobil aus unterschiedlichsten Oberflächen und Materialien besteht. Mattes oder glänzendes Metall, Kunststoffe in vielerlei Farben und Lacke, transparente Scheiben und Scheinwerfer und vieles mehr müssten dabei gleichzeitig erkannt werden. Keine Sensortechnologie vermochte es bis dato, all das mit nur einem einzigen physikalischen Prinzip zu ermöglichen. Insbesondere die Transparenz der Scheinwerfer und Scheiben ließ optische Technologien, die mit sichtbarem Licht arbeiteten, aufgrund ihrer Lichtdurchlässigkeit immer wieder scheitern. Um die Transparenz zu umgehen, wurde manuell ein spezielles Mittel auf die Scheinwerfer gesprüht (das später wieder entfernt werden musste), sodass die Messungen durchgeführt werden konnten.

UV-Profilsensor

Mit dieser Herausforderung im Kopf, machte sich die Entwicklungsabteilung der Business Unit wenglorMel ans Werk, um eine praktische und zugleich wirtschaftliche Lösung zu finden. Diese sollte beinhalten, dass mit nur einem Sensor sämtliche Oberflächen bzw. Materialien eines Fahrzeugs erkannt werden können. "Hätten wir gewusst, wie lange die Entwicklung dauern und wie teuer dieses Entwicklungsprojekt werden würde, hätten wir es wohl nie beginnen dürfen. Jetzt aber sind wir stolz darauf, dass wir die perfekte Lösung dafür haben", erzählt wenglorMel-Geschäftsführer Torsten Hellerström. Die Firma hat es dank der Integration einer UV-Laserdiode geschafft, auch transparente Oberflächen zuverlässig zu erkennen. So wurde auf Basis der 2D-/3D-Profilsensoren weCat3D, die normalerweise mit Rotlicht- oder Blaulichtlaser arbeiten, zusätzlich eine UV-Lichtquelle installiert. Die Kombination aus rotem Laserlicht und UV-Licht ermöglicht so, dass UV-undurchlässige Oberflächen sicher erkannt werden - und gleichzeitig die Messlinie durch den Rotlichtanteil für den Menschen sichtbar ist. "Eine der größten Herausforderungen dabei war es, den UV-Profilsensor in eine kundenfreundliche Laserklasse einstufen zu können. Dies haben wir durch die clevere Kombination der Lichtarten mit der Laserklasse-2-Zertifizierung geschafft", so Hellerström weiter. Aber auch dieses Problem wurde gemeistert und sogar durch ein externes Prüflabor bestätigt. Das Ergebnis lässt sich sehen: Der UV-Profilsensor OPT3013 misst von 83 bis 213mm (Arbeitsbereich Z) in einem Messbereich von 130mm. 2.000 Messwerte pro Profil stehen genauso für Höchstleistung wie eine Ausgaberate von 180Hz im gesamten Messbereich. Somit können Fahrzeugkarosserien in nur einem Durchlauf und mit nur zwei Sensoren vollautomatisch vermessen werden. Installiert werden die Sensoren auf Messstationen, die mittels Mehrachsroboter die Konturen und Spalten der Autos im Vorbeifahren erfassen. Links und rechts der Straße ist jeweils ein Roboter mit zwei Sensorköpfen ausgestattet. Die Fahrzeuge selbst sind dabei auf beweglichen Transportsystemen, die sich in der Produktionsstraße in Bewegung befinden. Wenglor selbst liefert dafür lediglich die Sensoren, die Anlagen selbst sowie die Software für diese Anwendung kommen von den jeweiligen Integratoren. Aufgrund der Laserleistung im Sensor werden die Produkte zur Reduktion der Temperatur mit passenden Kühlmodulen ausgeliefert. Profitieren von dieser Lösung wird allerdings nicht nur die Automobilbranche, sondern viele andere Industriezweige, in denen UV-reflektierende Materialien zum Einsatz kommen und höchste Genauigkeit gefragt ist. So haben neben zahlreichen Automobilherstellern bereits Produzenten von Brillengläsern als auch Firmen, die transparente Kleberaupen erkennen müssen, ihr Interesse bekundet.

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