In der Automobilproduktion ist die Einhaltung von Qualitätsstandards im Bereich der Karosserieversiegelung elementar. Diese Hohlraumkonservierung (HRK) wird mittels Robotertechnik vollautomatisch durchgeführt. Da die Konservierung auch in Bereichen durchgeführt werden muss, in denen später noch andere Bauteile montiert beziehungsweise verklebt werden, muss sichergestellt werden, dass keine späteren Funktionsflächen mit dem HRK-Material kontaminiert worden sind.

Um einer Verunreinigung später noch zu nutzender Bereiche vorzubeugen, wurden diese mit speziellen Rahmen maskiert. Diese Rahmen sind vor der Applikation im Fahrzeug montiert und nach der automatischen Applikation wieder entnommen worden. Gleichzeitig führt ein Mitarbeiter bei der Entnahme noch eine Sichtprüfung durch. Um die Bereiche überhaupt prüfen zu können, ist das HRK-Material mit fluoreszierenden Partikeln versetzt worden. Diese Partikel fluoreszieren bei Anregung mit einer bestimmten Lichtwellenlänge im UV-Bereich und werden somit für das menschliche Auge sichtbar. Diese Eigenschaft wurde genutzt, um eine automatische Überprüfung der zu inspizierenden Bereiche zu realisieren. Die Herausforderungen bei dieser Aufgabenstellung bestanden darin:

• Die Lichtleistung der UV-Strahlung musste bei einem Beleuchtungsabstand von rund vier Meter auf die zu inspizierenden Bereiche gebracht werden.
• Es mussten industrietaugliche UV-Strahler mit hoher Lichtleistung und geeigneter Abstrahlcharakteristik gefunden werden, um die Bereiche optimal auszuleuchten.
• Die Kamera- und Beleuchtungspositionen mussten so gewählt werden, dass die zu kontrollierenden Bereiche im Inneren des Fahrzeugs für die Kameras einsehbar sind und mit den UV-Strahlern beleuchtet werden konnten.
• Es mussten Kontaminierung ab einer Größe von 2 mm² sicher erkannt werden.

Um eine optimale Anregung der Partikel zu erreichen, wurde in Vorversuchen die genaue Wellenlänge ermittelt, bei der ein maximaler Fluoreszenzeffekt auftritt. Bei der Auswahl und Festlegung der Kamerapositionen wurde im Betreiberwerk ebenfalls eine Voruntersuchung durchgeführt. Hier bestand das größte Problem darin, dass Positionen gefunden werden mussten, die ohne Änderungen an den vorhandenen Roboterprogrammen für die Auswertung optimal sind. Hierbei musste zusätzlich noch berücksichtigt werden, dass unterschiedliche Karossentypen mit ebenfalls unterschiedlichen Prüfbereichen kontrolliert werden sollen.

Die Lösung

Die Lösung bestand dann darin, vier GigE-Kameras so anzuordnen, dass die gesamten zu prüfenden Bereiche überlappend erfasst wurden. Hierbei wurde beispielsweise eine Kamera so angeordnet, dass diese von vorne durch die Frontscheibe in die Kofferraummulde blickt. Der Abstand der einzelnen Kameras zu dem prüfenden Bereich beträgt bis zu fünf Metern. Die speziell für diese Applikation gefertigten LED-UV-Beleuchtungen mussten ebenfalls in einem großen Abstand zu der zu inspizierenden Fläche installiert werden, um Kollisionen mit den Robotern zu vermeiden. Die Sichtfenster der gesamten Applikationskabine wurden aus Arbeitssicherheitsgründen mit spezieller UV-Folie beschichtet, sodass keine UV-Strahlung in den Arbeitsbereich der Werker dringen kann.

Die Prüfung

Die Prüfung der Kontaminierung wurde vollständig in den Automatikablauf der Gesamtstation integriert. Hierbei wird, nachdem eine Karosse in die Station eingefördert worden ist, die LED-UV-Beleuchtung eingeschaltet und mit den Kameras die erste Bildaufnahme (Abb. 1) ohne Applikation gestartet. Anschließend führen die Roboter die Applikation aus, das heißt die Roboter beschichten die Hohlräume der Karosse mit HRK-Material. Nachdem die Roboter wieder in ihre Ausgangsposition gefahren sind, wird die LED-UV-Beleuchtung ein zweites Mal zugschaltet und die zweite Bildaufnahme (Abb. 2) gestartet.
Anschließend subtrahiert man der erste vom zweiten Bild, und im Differenzbild werden die Positionen sichtbar, an denen es Unterschiede zwischen Abbildung 1 und Abbildung 2 gibt. Durch eine Anpassung der Kameraparameter wurde erreicht, dass das SNR (signal to noise ratio/Signal-Rausch-Verhältnis) zwischen nicht kontaminierten Flächen und mit fluoreszierendem HRK-Material kontaminierten Flächen so groß ist, dass die Kontamination mit einem relativ einfachen Schwellwertverfahren sicher erkannt werden kann.
Die ursprüngliche Vorgabe zur Erkennung von Fehlern von minimal 2 mm² kann mit dem beschriebenen Verfahren prozesssicher realisiert werden. Der Nachweise der Prozesssicherheit wurde anhand einer kompletten Produktionsschicht erbracht. Hierbei wurden alle applizierten Fahrzeuge visuell durch geschultes Personal kontrolliert und die Ergebnisse mit dem Prüfergebnis des VMT-IS-Systems verglichen.
Welcher Fahrzeugtyp mit welchen Prüfaufgaben zu prüfen ist, wird dem VMT-Inspektionssystem über eine Profibusschnittstelle von der Anlagensteuerung mitgeteilt. Anhand dieser Information wird dann der entsprechende Prüfplan inklusive der dazugehörigen Parameter geladen und die Prüfungen durchgeführt. Das Ergebnis wird dem Anlagenbediener auf einem Monitor angezeigt. Hierbei wird die genaue Position der erkannten Kontaminierung grafisch dargestellt. Des Weiteren wird eine Fehlermeldung über das Bussystem an die Anlagensteuerung übergeben. Dieses wird dann in der folgenden Stationen dazu genutzt, die Karosse gezielt anzuhalten und die kontaminierten Bereiche manuell zu reinigen.

Die Zukunft

Durch die rasante Entwicklung der LED-Technik stehen nun auch leistungsfähige industrietaugliche UV-LED-Beleuchtungen zur Verfügung, die einen Einsatz unter Produktionsbedingungen ermöglichen. Insbesondere im Bereich der NDT (non destructive testing/zerstörungsfreien Werkstoffprüfung) ist somit eine wichtige Grundlage gegeben, Prüfprozesse, die bisher mit hohem Aufwand manuell ausgeführt wurden, zu automatisieren.