MESSEN & PRÜFEN

46 LTJ März 2009 Nr. 2 © 2009 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

Automatisierte Prüfung und Optimierung von SchweißnähtenDie Daimler AG setzt Maßstäbe bei der Achsfertigung der neuen C-Klasse

MARKUS MAURERDipl.-Ing. Markus Mau-rer studierte an der Fach-hochschule in Frankfurt/Main Elektrotechnik und schloss 1995 als Diplomingenieur ab. Bei der Firma VITRONIC Dr.-Ing. Stein Bildver-arbeitungssysteme GmbH arbeitete er zu-nächst als Entwicklungsingenieur für OCR (Klarschrift)-Lesesysteme. 1997 wechselte er als Vertriebsingenieur in den Bereich In-dustrieautomation. Seit 1999 ist er als Pro-duktmanager für 3D-Technologie verant-wortlich.

DIE AUTOREN

MICHAEL ZÜRNDr. Michael Zürn, Pro-duktions- und Werk-stofftechnik, Verfahrens-entwicklung Umform-, Füge- und Montagetechnik, Senior Ma-nager, Daimler AG, Mercedes-Benz Cars, 70546 Stuttgart

Als erster Automobilhersteller setzt die Daimler AG ein System zur automati-sierten Prüfung und Optimierung von Schweißnähten ein. Das von Daimler entwickelte Gesamtkonzept wird, unter Verwendung des Nahtprüfsystems VIROwsi von Vitronic, erstmalig für die Hinter achsträgerfertigung der neuen C-Klasse umgesetzt. Seit Februar 2007 wurden alleine am Standort Mettingen mehr als 15 Millionen Schweißnähte er-folgreich geprüft und bei Bedarf opti-miert.

Ziel von Daimler war es, die bisher einge-setzte manuelle Schweißnahtprüfung und vom Werker in einem nachgelagerten Schritt durchgeführte Optimierung aller Nähte durch ein vollautomatisiertes, im Linientakt arbeitendes Prüf- und Optimierungssystem zu ersetzen. Ausgehend von einem Vergleich verschiedener Sensorsysteme wurde hierzu das Prüfsystem VIROwsi von Vitronic in einem Betriebsversuch qualifiziert und optimiert. Mit der Inbetriebnahme der Hinterachsträ-gerfertigung der neuen C-Klasse (Abb. 1) wurden die Prüfsysteme eingelernt. Die Pro-zessfähigkeit der automatisierten Prüfung und Optimierung wurde nachgewiesen.

Aufbau der Fertigungslinien

Die Hinterachsträger werden auf einer Linie in mehreren Fertigungsstufen nach dem jeweils gleichen Prinzip gefertigt. In einer Schweißkabine werden Bauteile mit unter-schiedlicher Anzahl von Schweißnähten verschweißt, die geschweißte Baugruppe in einer nachfolgenden Zelle automatisiert geprüft und bei Bedarf optimiert. Die op-timierte Schweißnaht wird im Anschluss nochmals abschließend geprüft. Auf diese Weise kann stets die optimale Schweißnaht-qualität erreicht werden (Abb. 2 und 3).

●●VITRONIC Dr.-Ing. Stein

Bildverarbeitungssysteme GmbHHasengartenstr. 1465189 Wiesbaden

Tel.: 0611 – 7152 - 0Fax: 0611 – 7152 – 133

E-Mail: sales@vitronic.deWebsite: www.vitronic.de

RAINER CLASSRainer Class, Produk-tions- und Werkstoff-technik, Verfahrens-entwicklung Umform-, Füge- & Montagetech-nik, Leiter Team System-technik Fügen, Daimler AG, Mercedes-Benz Cars, 70546 Stuttgart

THOMAS DIEHLThomas Diehl, Produk-tions- und Werkstofftech-nik, Verfahrensentwick-lung Umform-, Füge- & Montagetechnik, Daim-ler AG, Mercedes-Benz Cars, 70546 Stuttgart

ABBILDUNG 1: Illustration C-Klasse mit Hinterachsträger.

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Funktionsweise der optischen NahtprüfungIn der Prüf- und Optimierungszelle erfolgt die Prüfung vollautomatisch. Das Inspek-tionssystem VIROwsi basiert auf dem Laser-lichtschnittverfahren. In einem kompakten Sensor angeordnet, projiziert ein Halblei-terlaser eine Linie auf die Schweißnaht, während die im Sensor integrierte Hochge-schwindigkeitskamera diese Linie als Höhen-profil erfasst. Durch die Relativbewegung von Sensor und Objekt wird schrittweise ein dreidimensionales Abbild der Schweiß-nahtoberfläche erzeugt und einer komple-xen Auswertung mittels spezieller Software zugeführt.

Bei der Prüfung könne alle relevanten Abweichungen von der optimalen Schweiß-nahtqualität zu 100 Prozent erkannt und für jede mögliche Abweichung mittels im Vor-feld abgesicherter Verfahren weiter optimiert werden. Für den Serieneinsatz werden des-halb eine Vielzahl von Typklassen der Abwei-chungen vom Optimum definiert, welche nach dem Prüfvorgang für die Weiterverar-beitung zur Optimierung der Schweißnaht zur Verfügung stehen.

Detaillierte Informationen zur Schweißnaht für die nachfolgende vollautomatische Optimierung mittels Roboter

Von der Abteilung PWT/VUF der Daimler AG wurde für die Aufgabe der Schweiß-nahtprüfung und -optimierung eine eigene umfangreiche Software-Toolbox entwickelt. In dieser Toolbox werden zunächst die In-formationen der Typ klasse der Abweichung vom Optimum und deren exakte Position auf der Schweißnaht für die nachfolgende automatische Optimierung mittels Roboter aufbereitet.

Zusätzlich wird durch die Toolbox auch die Visualisierung und Archivierung aller Prüfergebnisse vorgenommen. Am Prüf- und Optimierungs-Roboter ist neben dem Prüfsensor ein Schweißbrenner zum Op-timieren der Schweißnaht durch gezieltes Nachschweißen angebaut. Werden bereits kleinste Abweichungen vom optimalen Schweißprozess durch das Prüfsystem de-tektiert, entscheidet die Optimierungssoft-ware anhand eines robusten Regelwerks, ob und wie die nachfolgende Optimierung durchgeführt wird.

Bauteil

AutomatischeOptimierung

PP

i. O.

i. O. nach Opt.

n. i. O. nachOpt.

Beanstandung

Ausschuss

i. O.

i. O.

ABBILDUNG 2: Prinzipdarstellung „Automatisierte Prüfung und Optimierung: Links im Bild die Schweißkabine, rechts die automatisierte Prüf- und Optimierungszelle.

ABBILDUNG 4: Screenshot der Liste mit Fehlerarten.

ABBILDUNG 3: Prüfung der Schweißnähte.

ABBILDUNG 5: Visualisierung der Prüfergebnisse.

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tomatisch durchgeführten Optimierung der Schweißnaht direkt am Bauteil farblich angezeigt (Abb. 4). Zusätzlich stehen um-fangreiche Detailinformationen in Form von statistischen Auswertungen über mehrere Schichten direkt an den Fertigungsanlagen zur Verfügung.

Fazit

Die automatisierte, optische Schweißnaht-prüfung wird seit Jahren in der industriellen Produktion für einfachere Prüfaufgaben ein-gesetzt. Als erster Automobilhersteller geht die Daimler AG einen Schritt weiter und realisiert mit Hilfe der gewonnenen Prüfer-gebnisse eine integrierte automatisierte Op-timierung im Linientakt.

Auch für zukünftige Achsbaureihen setzt die Daimler AG auf dieses Konzept. Zusätz-lich wird die Übertragung der Anwendung auf andere Bauteile vorangetrieben.

Dokumentation der PrüfergebnisseZur vollständigen Dokumentation aller Schweißnähte der produzierten Bauteile werden sämtliche Prüfergebnisse in einer Datenbank gespeichert. Neben der Infor-mation der Bauteilnummer werden detail-lierte Informationen zu den Schweißnäh-ten sowohl naht- als auch bauteilbezogen gesichert. Dies ermöglicht eine lückenlose Dokumentation und bildet die Basis für die Visualisierung und kontinuierliche weitere Verbesserung des Produktionsprozesses und der Schweißprozessqualität durch sta-tistische Verfahren.

Visualisierung

Zur schnellen Anlagen-/Nahtoptimierung können sämtliche Prüfergebnisse auf ver-schiedene Arten dargestellt werden. Für den Werker wird z. B. die Position der au-

VITRONICWiesbaden

Seit 1984 liefert VITRONIC in Wiesba-den Standardprodukte mit kunden-spezifisch erweiterbaren Modulen bis hin zu individuellen Sonderlösungen. Diese entwickelt VITRONIC selbst, stellt sie her und vertreibt sie. So erhalten die Kunden schlüsselfertige Systeme aus einer Hand – von der Hard- bis zur Soft-ware. Aufgrund seiner Pionierleistungen und permanenten Investitionen in For-schung und Entwicklung ist VITRONIC heute eines der weltweit führenden Un-ternehmen der Bildverarbeitung. 2007 setzte das Unternehmen mit über 300 Mitarbeitern 35 Mio. Euro um. www.vitronic.com

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Wiley-VCH | Tel. +49 (0) 62 01-606-400E-Mail: service@wiley-vch.dewww.wiley-vch.de

ISBN 9783-527-40727-9 • 2007 108 S. Geb. € 39,80Englische Ausgabe:ISBN 9783-527-40804-7 • 2008 120 S. Geb. € 24,90