development/technologies


general description

 

Die momentan in der weltweiten Automatisierungstechnik verwendete Sensorik, wie mechanische Schalter, induktive Näherungsschalter, diverse Lichtschranken, Laser-Distanzmesser, sind nicht in der Lage Informationen über die aktuelle, reale Situation, wie sie unmittelbar vor dem Verbau oder der Bearbeitung des jeweiligen Produkts besteht zu liefern. Mit dieser „althergebrachten“ Sensorik lassen sich zwar die Abläufe der Produktion sicher steuern und überwachen, jedoch kann diese Sensorik definitiv keine Informationen über den Zustand vom Produkt liefern!
Alle „normalen“ Störeinflüsse, wie bspw. die Toleranzschwankungen der Bauteile oder Baugruppen, der Aufnahmetechnik und das betriebstemperaturabhängige Robotermodell, werden bis dato nicht erkannt und können somit auch nicht kompensiert werden. Ebenso ist man derzeit nicht in der Lage qualitative Defizite oder Störfälle am Bauteil bzw. am Produkt, wie sie während der Produktion auftreten können, zu erkennen. Der entscheidende Ansatz ist es aber, die Qualität vom Verbau bzw. die Durchführung diverser Applikationen aktiv zu beeinflussen.
Die Applikation Inlinemessen stellt eine passive Qualitätskontrolle dar, da bei einer erkannten Toleranzüberschreitung, das betreffende Bauteil unwiderruflich Ausschuss ist. Durch eine aktive Qualitätssicherung, wie sie unsere Entwicklungen abbildet, können diverse Probleme grundsätzlich vermieden werden. Eine aktiver Qualitätssicherung wird aber erst durch neuartige Sensorik – Minioptik möglich, welche in der Lage ist, eine große Menge an visuellen Informationen vom aktuellen Ist-Stand des zu verbauenden bzw. zu bearbeitenden Bauteil zu erfassen, um daraus digitale Daten zu generieren.
Aus visuellen Informationen werden digitale Daten (BigData), die Grundlage der KI und der Digitalisierung! Durch den heutigen Stand der Technik ist die Möglichkeiten gegeben, eine dezentralen Bildverarbeitung nebst einer Auswertesoftware in einem Einplatinen-PC (Größe einer Zigarettenschachtel) zu realisieren.
Durch die Einbindung des Mini-PC in einem Netzwerk (ProfiNet) können dann diese digitalen Daten von allen Netzwerkteilnehmern, wie bspw. Industrieroboter, Maschinen und der übergeordneten Steuerung – SPS, genutzt bzw. verarbeitet werden. Diese Kommunikation erfolgt selbsttätig und ohne Mitwirkung des Menschen. Der Mensch muss dann nur noch bei der Bewertung von erkannten Qualitätsmängeln am Bauteil/Produkt oder bei Störfällen aktiv werden. Man muss dann eigentlich nur noch wissen wo und wie diese Informationen abzugreifen sind und wie die gewonnenen digitalen Daten verwendet bzw. genutzt werden.
Allgemein gesagt, könnte man unsere Entwicklungen mit „Kamera geführte“ oder „sehende“ Industrieroboter/Maschine umschreiben. Die angestrebte Digitalisierung in der weltweiten Industrieproduktion gründet sich auf eine visuelle-digitale Transformation und basiert letztendlich auf Bildverarbeitung! Nur aus 2D-, zukünftig 3D-Bildinformationen lassen sich die benötigten digitalen Daten generieren, welche dann den Grundstein für Industrie 4.0, KI – künstliche Intelligenz und Digitalisierung in der Automatisierungstechnik und Industrieproduktion bilden.

 


 

general procedure

 

  • im Nahbereich (Vorposition) zum Bauteil und in einem optimalen Blickwinkel erfolgt durch eine Minioptik das Erfassen von visuellen 2D- Bildinformationen
  • über eine steckbare Kabelverbindung werden diese visuellen Daten an einen im näheren Umfeld befindlichen Einplatinen-PC übertragen
  • Auf diesen Einplatinen-PC befindet sich die Bildverarbeitungs- und Auswertesoftware, sowie eine Schnittstelle zur Netzwerkeinbindung (bspw. ProfiNet)
    • Bildverarbeitung: Umwandlung von visuellen Daten in digitale Daten
    • Auswertesoftware: Umwandlung digitaler Daten in I/O Signale, Koordinaten, Messwerte
    • Schnittstelle: Einbindung als Netzwerkteilnehmer
  • Der Einplatinen-PC als Netzwerkteilnehmer kommuniziert mit allen Teilnehmern, wie bspw. Industrieroboter, Maschine, SPS, …usw.
  • Der Ablauf erfolgt vollautomatisch und ohne Einflussnahme oder Mitwirkung des Menschen! Lediglich bei erkannten Qualitätsmängeln oder Störfällen wird dies dem Bediener signalisiert und es bedarf dann seiner Entscheidung.

Dieser Ablauf ist bei unseren ersten drei Entwicklungen, PinCam (Minikamera axial in einem Zentrierkörper), GripCam (Minikamera axial in einem Fingergreifer) und RCC (repeatable controlled construction / wiederholgenauer kontrollierter Verbau) immer gegeben, nur die Anwendungsfälle sind grundverschieden.

 


 

general description for PinCam application – specially for RPS-recordings

 

Bei der Applikation PinCam wird eine Minikamera axial in einen beliebigen Zentrierkörper platzieren. Dieser Zentrierköper ist wiederum Bestandteil einer Greifvorrichtung, welche bspw. von einem Industrieroboter geführt wird. Dieser Aufbau ist charakteristisch für das „Handling“ durch Industrieroboter. Durch den Zentrierköper wird das aufzunehmende Bauteil in einer definierten Position fixiert, um dadurch einen weiterführenden, genauen Verbau zu ermöglichen. So kommt bspw. im Karosseriebau der Automobilindustrie ein Referenz-Punkt-System (RPS) zum Einsatz, um damit eine eindeutige und reproduzierbare Positionierung von Einzelteilen, Baugruppen oder Gesamtsystemen im Fahrzeugkoordinatensystem zu gewährleisten. Die Referenzpunktsystematik sowie die Form- und Lagetoleranzen bilden die methodischen Grundlagen für die geometrische Präzision im Karosseriebau und der Fahrzeugmontage. Eine Beschädigung der RPS-Aufnahmelöcher ist deshalb grundsätzlich zu vermeiden, weil dies zwangläufig zu Qualitätseinbrüchen führen wird. Nach Stand der Technik ist es aber nicht möglich, dass Beschädigungen von RPS Aufnahmelöchern bei der Einführung des Zentrierkörpers immer auszuschließen sind. Auch eine Kontrolle und Bewertung, hinsichtlich der qualitativen Beschaffenheit oder das reine Vorhandensein, vom RPS Aufnahmeloch, wie sich die reale Situation unmittelbar vor der Aufnahme darstellt, ist momentan unmöglich. Durch diese Applikation werden sowohl die hochgenaue und schonende Einfahrt des Zentrierkörpers ermöglicht als auch Informationen über das Vorhandensein und die Qualität vom RPSAufnahmeloch visuell erfasst und digital verwertet.

Optikron Series M

Besonders bei größeren, somit auch schwereren Bauteilen bzw. Baugruppen kann es zu Beschädigungen kommen, da diese auf Grund ihres Gewichts sich meist nur unzureichend über den Konus vom Zentrierkörper bewegen bzw. ausrichten lassen. Durch die PinCam wird es möglich, dass alle „normalen“ Störeinflüsse, wie Toleranzschwankungen der Bauteile, der Aufnahmetechnik und das betriebstemperaturabhängige Robotermodell erkannt und kompensiert werden. Aber auch schwankende Aufnahmepositionen, wie bspw. die Applikation „BT-Suchen“ stellen kein Problem mehr dar! Durch das unmittelbare Erkennen von Störfällen werden zudem Crashs verhindert und somit kostspielige Ausfallzeiten und Instandsetzungskosten vermieden. Optional wäre auch eine Anwendung im Zentrierkörper einer fixen Aufnahme möglich, wobei der Roboter das im Greifer befindliche BT „aufsteckt“.

 

 


 

general procedure for PinCam application – specially for RPS-recordings

 

Nach dem der Industrieroboter eine „Vorposition“ erreicht hat, triggert dieser eine Bildaufnahme, welche durch Mustererkennung und ein paar Algorithmen ausgewertet wird. Durch die Auswertung der Musterkennung wird bspw. festgestellt, ob sich das RPS-Aufnahmeloch überhaupt im Sichtfeld der Kamera befindet. Wenn nicht, dann stoppt der Roboter und es ergeht eine Fehlermeldung an die SPS. Wenn das RPS-Aufnahmeloch erkannt wird, wird mit zwei einfachen Algorithmen, Kreis und Ellipse, die „Qualität“ des RPS-Aufnahmeloch überprüft. Es wird hierbei zum einen überprüft, ob bereits eine Beschädigung des RPS-Aufnahmeloch vorliegt oder ob dieses unter Umständen nicht vollständig vorhanden ist, da es zum Bsp. teilweise verdeckt oder nicht vollständig ausgebildet ist. Optional ließe sich ein Z- Abstandsinformation über den bekannten Durchmesser des RPS-Aufnahmelochs als Referenzmerkmal bestimmen. Wenn die „Qualitätskontrolle“ des RPS-Aufnahmeloch in Ordnung ist, wird der Versatz zwischen dem ermittelten Mittelpunkt des RPS-Aufnahmelochs zum axialen Mittelpunkt des Zentrierstifts ermittelt und an den Industrieroboter übertragen, welcher dann durch eine Tool- oder Base Nachführung diesen Versatz kompensiert. Danach wird diese Prozedur zur Kontrolle der zuvor erfolgten Tool- oder Base Verschiebung wiederholt. Wenn die Mittelpunkte übereinstimmen, bewegt sich danach der Zentrierkörper in das RPS-Aufnahmeloch. Exakter, kontrollierter und schonender kann man ein Bauteil nicht mit einem Industrieroboter oder eine nachführbare Maschine aufnehmen!

 


 

comparison passive / active quality control

 

passive quality control – inline measuring

Vorteile

Nachteile

  • hochgenaue Überwachung des maßhaltigen Verbaus der unmittelbar zuvor verbauten Karosserieteile
  • unverzichtbar zur Qualitätssicherung im Karosseriebau
  • Qualitätsmängel werden frühzeitig erkannt und ein weiterführender, stetig steigender Schaden vermieden
  • erkannter Qualitätsmangel ist unwiderruflich Schrott!
  • hoher materieller Aufwand, somit auch sehr kostenintensiv
  • geschultes Personal zur Pflege des Systems (Korrelation mit KMG, MP Optimierung, …) notwendig

 

active quality control – ese-developments

Vorteile

Nachteile

  • Erkennung von Störfällen, dadurch Vermeidung von Crashs und den daraus resultierenden Ausfallzeiten bzw. Instandsetzungskosten
  • Qualitätsmängel werden erkannt u. signalisiert, bevor der Verbau bzw. Bearbeitung erfolgt
  • wiederholgenaue, kontrollierter Verbau bzw. Durchführung von diversen Applikationen (Bolzen- /Buckelschweißen, Flowdrill, Clinchen)
  • Ressourcen schonend und nachhaltig, da Vermeidung von Ausschuss
  • sehr geringer Materialaufwand, Low Cost
  • Reduzierung der Fehlerquelle Mensch
  • kein Personal zur Unterhaltung notwendig
  • 100% Qualität + 100% Kontrolle
  • 0% Crash + 0% Ausschuss
  • nicht bekannt!

 


 

current and ongoing developments

 

  • In Zusammenarbeit mit unseren chinesischen Geschäftspartner Evertec in Shanghai wird Ende des Jahres bei einem chinesischen Automobilisten eine Entwicklung erstmalig umgesetzt, welche die Qualitätssicherung von Schweißpunkten revolutioniert, indem die Qualitätskontrolle vollautomatisiert durch Roboter erfolgen. Zum Einsatz kommt dabei ein neuartiges Wirbelstrommesssystem, welches dem üblichen Ultraschallmesssystem überlegen ist. Diese Wirbelstrommesssystem wurde bereits in Deutschland an der SLV in Halle/Saale validiert.
  • Vollzähligkeitskontrolle von diversen Anbauteilen und Bolzen – ohne zusätzliche Stationen, ohne Roboter und bei Taktzeit von 0 s (Null Sekunden)
  • Kameragestützte Roboternachführung in Echtzeit
  • Entwicklung einer Mini-3D-Kamera mit dem IOF Fraunhofer in Jena zur optimierten Nachführung von Robotern bzw. Maschinen – erfassen der Ist-Situation im Nahbereich
  • Der Industrieroboter „generiert“ sich selbsttätig sein optimiertes Fahrprogramm auf Basis visueller Informationen (2D-, 3D- oder CAD-Daten)
  • … usw

 

    Bei den weiterführenden Entwicklungen werden wir durch die Thüringer Hochschulen, EAH in Jena, TU Ilmenau und DHGE in Gera, und Institute unterstützt.