Fehlerfreie Bauteile für das Auto

Damit mögliche Fehler in der Automobilherstellung schnell entdeckt werden, sind unterschiedliche berührungslose Verfahren im Einsatz: optische Systeme, die Oberflächen abtasten, Röntgentechnik, die nach Poren oder Rissen im Inneren von Bauteilen fahndet, oder die Wärmefluss-Thermographie zum Aufspüren von Schäden unterhalb der Oberfläche. Alle Verfahren sind ausgesprochen schnell, nehmen nicht nur Stichproben, sondern überwachen jedes Bauteil und jeden Fertigungsschritt. Messebesucher können am Beispiel eines Audi RS4 am Fraunhofer-Stand erfahren, wie diese Verfahren funktionieren und eingesetzt werden.

Das Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF in Magdeburg nimmt Fahrzeugfelgen unter die Lupe. Die Metallteile müssen exakt gefertigt sein, damit der Gummireifen perfekt sitzt und rund läuft. Jede Abweichung von der Idealform bekommt der Autofahrer später als unangenehmes Vibrieren oder Dröhnen zu spüren. Besonders wichtig sind neben dem Sitz der Reifen die Nabenbohrung und die Bolzenlöcher. Damit wird das Rad an der Achse ausgerichtet und befestigt. Bislang überprüfen die Hersteller die Qualität des Rads meist mit mechanischen Tastern, die über den rotierenden Reifen im Prüfstand gleiten. So lassen sich Dellen oder Verformungen erspüren, die den Taster kurz anheben oder absenken, und nachweisen, wie stark das Rad vom Ideal abweicht. Dieses Verfahren hat Nachteile: Der Taster verschleißt und erfasst nicht alle gewünschten Parameter.

Zusätzlich muss die Oberfläche für die Messung anderer Geometrieparameter durch zeitaufwändiges Punkt-für-Punkt-Abtasten digitalisiert werden. »Wir setzen auf eine berührungslose optische Methode. Unser System besteht aus Lasern und Kameras, die das Rad dreidimensional erfassen. Die Laserlinie trifft auf die Radoberfläche. Der so entstehende Lichtschnitt wird von einer Kamera aufgenommen. Aus dem Blickwinkel der Kamera gesehen, verformt die Gestalt des Rads die Laserlinie in charakteristischer Weise, woraus eine dreidimensionale Oberfläche errechnet wird. Dieses ‘Laserlichtschnittverfahren’ ist in der Radproduktion bislang einzigartig«, betont Projektleiter Erik Trostmann vom IFF. Er hat das System in Kooperation mit den Firmen JBL Consulting, Makra, einem Spezialisten für die Räderfertigung, und der Firma Feinmess Dresden, einem Lieferant von Feinpositioniersystemen, entwickelt. Mehrere Sensoren erfassen alle relevanten Radbereiche. Nach wenigen Sekunden liegt die Analyse vor. Vom Mess-System werden mehrere hunderttausend Punkte zu einem 3-D-Gesamtbild zusammengefügt, aus welchem die relevanten Geometrieparameter automatisch berechnet werden. »So finden wir kleinste Form- und Lageabweichungen. Unser System ist so schnell, dass damit eine Hundert-Prozent-Qualitätskontrolle möglich wird«, sagt Trostmann. »Zudem kennt es eine Vielzahl verschiedener Radtypen und kann sie automatisch vermessen und feststellen, ob das Rad den Qualitätsanforderungen entspricht.« Das Verfahren lässt sich auf viele Produkte übertragen, deren dreidimensionale Geometrie exakt vermessen und überprüft werden muss.

Ein anderes dreidimensionales Prüfverfahren stellt das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena mit dem 3-D-Mess-System »kolibri 1500« vor. Die Objekte werden mit Lichtstreifen abgetastet und dreidimensional aufgenommen. Das Mess-System dient unter anderem dazu, die Maße von Kurbelgehäusen oder Zylinderköpfen zu überwachen. Dr. Gunther Notni beschreibt das Verfahren: »Mit einem Streifenprojektionsmesskopf werden die Bauteile aus verschiedenen Winkeln erfasst. Anhand vorher eingestellter Messpläne fährt kolibri den gesamten Messvorgang automatisch ab. Ein direkter Vergleich mit CAD-Daten stellt sicher, dass die Gussteile dem Soll entsprechen.« Darüber hinaus misst »kolibri 1500« Werkzeuge und Gussformen. So lassen sich verschlissene Werkzeuge aussondern, bevor fehlerhafte Gussteile mit abweichender Geometrie produziert werden. »kolibri 1500« eignet sich als Überwachungsgerät für den gesamten Gießereiprozess. Das System ist ausgesprochen robust, da es ohne aufwändige Kalibrierung auskommt.

Das Oberflächeninspektionssystem »MASC-Dichtungen« des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern überprüft Gummi ummantelte Metalldichtungen unterschiedlicher Geometrien für Autos. Die Autoreifen werden – anders als Gussteile für Motoren – in Hunderttausender-Stückzahl hergestellt. »Dieses System muss ganz unterschiedliche Fehler entdecken: Bläschen oder Fremdkörper, durch den Stanzvorgang entstandene Dellen oder Kratzer sowie Farb- oder Kleberspuren. Es ersetzt die bisherige zeitraubende manuelle Qualitätskontrolle«, erklärt Markus Rauhut, Projektleiter am ITWM. Das MASC-System (Modular Algorithms for Surface Control) besteht im wesentlichen aus einer Kamera-Anlage und der auf die charakteristischen Fehler geeichten Software. Die Kamera nimmt die Ober- und Unterseite der Dichtung auf und leitet das Bild zum Computer weiter. Dieser vergleicht die Dichtung mit eingespeicherten Referenz-Mustern sowie Fehlertypen und sortiert schadhafte Bauteile anschließend in Fehlerklassen ein. Darüber hinaus erstellt die Software eine Statistik über die Art und Häufigkeit der aufgetretenen Fehlertypen. Wie die anderen Inspektionssysteme der Fraunhofer-Allianz Vision macht dieses Verfahren deutlich, dass die Qualitätskontrolle im Automobilbau noch immer Optimierungspotenzial hat. Sie lässt sich zweifellos sicherer und vor allem noch schneller machen – selbst bei hundertprozentiger Überwachung.