Quality Engineering 01.2023

» TECHNIK Messroboter

» TECHNIK Messroboter arbeitet mobil und autonom Qualitätsprüfung auf vier Rädern Gemeinsam mit Partnern hat Zeiss eine mobile Roboterplattform entwickelt, die große Bauteile autonom inspiziert. Bei Autobauer BMW hat das System die Spaltmaße von Fahrzeugtüren gemessen und seine Funktionstüchtigkeit unter Beweis gestellt. » Markus Strehlitz Selbstständig zum Messobjekt: Im Projekt setzten die Entwickler auf ein Robotersystem von Kuka. Bild: Zeiss Es gibt einen Trend hin zur Fertigung individualisierter Produkte“, sagte Matthias Karl aus der Konzernforschung von Zeiss auf der 3D Metrology Conference des WZL in Aachen. Für solche Produkte gebe es aber keine Fertigungsstraßen unter fest vorgegebenen Bedingungen wie dies bei Teilen mit großen Losgrößen der Fall sei. Eine Qualitätssicherung unter diesen Bedingungen zu automatisieren, stellt eine Herausforderung dar. Die wird noch wird noch gesteigert, wenn es sich um besonders große Bauteile handelt – wie sie etwa in der Automobilbranche oder in der Luftfahrtindustrie vorkommen. Die Installation von stationären Messsystemen, die sich dafür eignen, ist aufwändig. „Es ist eigentlich besser, das Inspektionssystem zu einem großen Bauteil zu bringen statt umgekehrt“, so Karl. Roboter erkennt sein Ziel mit Hilfe von Kameras Eine Lösung dafür liegt in der mobilen Robotik. Wie diese konkret aussehen kann, demonstrierte Karl auf der Konferenz anhand des Projekts Aumero, an dem sein Unternehmen beteiligt war. Mit Förderung vom Bundesministerium für Bildung und Forschung hat 34 Quality Engineering » 01 | 2023

Zeiss in einem Konsortium mit den Partnern BMW, dem Institut für Mess-, Regel- und Mikrotechnik (MRM) an der Universität Ulm sowie dem Institut für Lasertechnologien in der Medizin und Messtechnik (ILM) das Konzept eines autonomen Messroboters erforscht und entwickelt. Der Roboter soll dabei Aufgaben bewältigen wie etwa die komplette Inspektion von Spaltmaßen und Bündigkeit an unlackierten oder lackierten Karosserieteilen. Dabei agiert er vollkommen autonom. Das heißt, er erkennt mit Hilfe von Kameras sein Ziel selbstständig und richtet sich an der Karosserie aus, um Spalt und Bündigkeit an den gewünschten Positionen ohne menschliche Interaktion zu inspizieren. Aumero ist eine rechteckige Plattform mit Rädern und einem Roboterarm, der mit einem optischen Messsensor ausgerüstet ist. Die Entwickler im Projekt setzten dabei auf einen Roboter von Kuka. Die besondere Aufgabe bestand darin, auf der Softwareseite die nötige Intelligenz für die autonome Bewegung zum Objekt, dessen Vermessung und die Datenverarbeitung zu erschaffen. Um diese Herausforderung zu meistern, legten die Forschungspartner ihre jeweiligen Kompetenzschwerpunkte zusammen. Gebündelte Kompetenzen für die Roboter-Lösung Das MRM erarbeitete und implementierte die Navigationslösung für die mobile Messplattform, mit deren Hilfe diese sich autonom zum Zielobjekt bewegen und dabei auch Hindernisse sicher umfahren kann. Das ILM entwickelte eine Methode zur gleichzeitigen Vermessung von rohen, gefärbten und lackierten Karosserieteilen mit nicht-kooperativen Oberflächen mit demselben Messgerät. Zeiss als Verbundkoordinator war mit seiner Sparte Industrial Quality Solutions (IQS) sowie der Konzernforschung mit zwei Fachabteilungen vertreten. Zeiss IQS trug die anwendungsnahe optische Messtechnik bei, während die Konzernforschung die Bewegung des Roboterarms, die Objekterkennung und Messposenansteuerung durch optische Bilderkennung in Verbindung mit maschinellem Lernen gewährleistete. Zum Einsatz unter Realbedingungen kam das System dann beim Applikationspartner BMW. Die Anwendung in der Praxis sieht konkret wie folgt aus: Der Bediener wählt via Software ein Objekt – zum Beispiel eine Fahrzeugtür – dessen groben »Es ist eigentlich besser, das Inspektionssystem zu einem großen Bauteil zu bringen statt umgekehrt.« Matthias Karl, Zeiss Standort und danach den relevanten Messplan. Ab dann erledigt agiert Aumero seinen Job selbstständig. Die Objekterkennung erfolgt via Kamera und basiert auf einem digitalen Zwilling des Objekts. Für die eigentliche Messung wird die mobile Plattform mit zusätzlichen optischen Sensoren ausgestattet: Dazu wurde am ILM ein spezielles Messgerät mit Vorteilen für kurze Messzeiten und robuste Umgebungseinflüsse entwickelt, das Mehrwellenlängen-Digitalholografie nutzt. Auf diese Weise können innerhalb eines Schnappschusses topografische Daten einer gesamten Fläche für diffus und/oder spiegelnd reflektierende Oberflächen gewonnen werden. Nachdem die Plattform das Objekt gefunden und angefahren hat, bewegt der Roboterarm den Messkopf gemäß den Erfordernissen aus dem Messprogramm unter Berücksichtigung der aktuellen räumlichen Gegebenheiten. „Durch seine Fähigkeit zur autonomen Mobilität und Objekterkennung ist Aumero bereit für eine Zukunft, in der mobile, modulare Fertigungsinseln die Regel sind, und erlaubt eine Messung immer dort und dann, wo sie gerade nötig ist“, sagt Manuel Schmid, Produktmanager bei Zeiss. „Er kann aber für Hersteller schon jetzt seine Vorzüge voll ausspielen, zum Beispiel bei Produktaudits, in denen derzeit Messung und Dokumentation händisch im Messraum erfolgen.“ Mit Aumero sei dies viel effizienter möglich. Die Anwendung des Systems bei BMW habe demonstriert, dass das Konzept ohne Einschränkung funktioniert, so Karl. Mit dem System sei die Inspektion von Bauteilen unabhängig von deren Größe möglich. Die Lösung ist laut Karl als offene Plattform geplant, Sensoren lassen sich einfach austauschen. Dadurch könne Aumero problemlos auf neue Objekte und Messpläne adaptiert werden. Webhinweis Den Roboter Aumero in Aktion zeigt dieses Video der Uni Ulm: http://hier.pro/VTY0B Quality Engineering » 01 | 2023 35