Qualitäts-Kontrolle: Roboter prüfen schneller und besser als Menschen

Die manuelle Qualitätskontrolle wird überflüssig. Ein neuer robotergeführter Sensor entlarvt selbst kleinste Fehler, die mit dem bloßen Auge kaum zu erkennen sind. Die Prüfsysteme der Industrie werden sich in den nächsten Jahren grundlegend ändern. Arbeitsplätze könnten der Automatisierung zum Opfer fallen.

An Flugzeugrumpfschalen oder Turbinen befinden sich Tausende von montierten Anbauteilen, Schrauben und Nieten. Die korrekte Montage überprüfen Werker bislang manuell – eine ermüdende Aufgabe, bei der Fehler schnell übersehen werden können. Forscher des Fraunhofer IFF stellen ein neues, automatisiertes Prüfsystem vor, das diese Aufgabe übernimmt. Es spürt die Fehler im Montageprozess zuverlässig auf.

Entwickelt haben es Forscher des Fraunhofer IFF im Auftrag des Flugzeugbauers Premium AEROTEC GmbH. Die Technologie wurde in ersten Pilotsystemen in der Praxis getestet, wo sie alle montierten Anbauteile und Fügeverbindungen an Flugzeugrumpfschalen selbstständig prüft. Die manuelle Qualitätskontrolle könnte demnach bald der Vergangenheit angehören.

Das System besteht aus einem Roboterarm, der mit einem eigens entwickelten Sensorkopf verbunden ist. Der Kopf ist mit Bildsensoren und 3D-messenden Sensoren ausgestattet und fährt automatisch alle relevanten Prüfmerkmale – zwischen 1.000 und 5.000 Stück – an den Rumpfschalen ab. Von allen Positionen erzeugt er absolut zuverlässig hochauflösende Messdaten über den Montagezustand der realen Anbauteile. Die dafür benötigten Informationen entnimmt das System den vorliegenden 3D-CAD-Daten für die Rumpfschale. Sie geben das Soll-Ergebnis vor und beinhalten zugleich alle Koordinaten der Prüfpositionen. Aus diesen Daten erstellt das System zugleich virtuelle Messdaten der Prüfmerkmale – in Form von synthetischen Bildern und 3D-Punktwolken. Jede Fügeverbindung und jedes einzelne Anbauteil ist darin exakt repräsentiert.

Während der Prüfung überlagert das System die realen Messdaten mit den virtuellen Vorgaben. Bildausschnitt und Aufnahmewinkel berücksichtigt es automatisch. Passen die beiden Messdaten zueinander, sind die darauf abgebildeten Bauteile also richtig montiert, markiert das System die Bauteile virtuell mit Grün als fehlerfrei. Findet es Unstimmigkeiten, werden sie rot markiert, bei Unklarheiten gelb. In einem Prüfprotokoll, das sich ähnlich interaktiv bedienen lässt wie eine App, kann der Werker sich verschiedene Auswertungen anzeigen lassen. Das System liefert den Bedienern dabei nicht nur die Fotos der Bauteile, sondern auch die Koordinaten, so dass sie das zu überprüfende Bauteil schnell wiederfinden.

Schneller und zuverlässiger als manuelle Kontrolle

Das digitale Prüfsystem ist nicht nur zuverlässiger als eine manuelle Kontrolle, sondern auch deutlich schneller: Etwa fünf Sekunden dauert die Bildaufnahme, weitere fünf Sekunden die Auswertung pro Position. Statt acht bis zwölf Stunden benötigt es nur etwa drei Stunden, um den richtigen Sitz jedes Teils zu überprüfen. Auch die Größe der Bauteile, die es kontrollieren kann, hat es in sich. Das System analysiert mühelos Volumen bis zu 11 m × 7 m × 3 m und arbeitet dabei dennoch sehr genau und hochauflösend.

Dabei spürt es die Fehler nicht nur auf, sondern hilft auch dabei, sie langfristig zu vermeiden. Denn es hat sich gezeigt, dass Fehler an einigen Stellen gehäuft auftreten. Um herauszufinden, warum das so ist, werden die entdeckten Fehler in eine Datenbank eingespeist. Hier wird analysiert, ob sie lediglich einmalig aufgetreten sind oder ob sie sich wiederholen. Diese Informationen können dann an die Monteure mit entsprechenden Hinweisen weitergegeben werden. Auf der Automatica, vom 3. bis 6. Juni 2014 in München, stellen die Forscher die Systemtechnologie vor.

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