Firma: HIS GmbH - Handke Industrial Solutions GmbH
Anwendung: Prüfzelle für Bauteil-Montage im Automobilbau

Branche: Automobilzulieferindustrie   
Eingesetzte DENSO-Produkte: VS-087 
Firmenstandort: Deutschland

Website: www.his-handke.com

DIE HERAUSFORDERUNG

Für Automobilzulieferer ist das Qualitätsmanagement einer der entscheidenden Faktoren, die über den technischen wie wirtschaftlichen Erfolg eines Unternehmens entscheiden; insbesondere beim Einbau einer großen Anzahl verschiedenster, vorgefertigter Bauteile in eine spezifische mechanische Umgebung ist exaktes Arbeiten nicht nur aus Qualitäts-, sondern auch aus Sicherheitsgründen unabdingbar.

Die frühere, manuelle Qualitätsprüfung war hier viel zu zeit- und kostenaufwendig, und mit Blick auf menschliche Fehlerquellen nicht sehr sicher. Überdies wären heute die große Typen- und Bauteilevielfalt eine echte Herausforderung für jeden Mitarbeiter. Und bei filigranen Werkteilen, die dazu noch in schwer zugänglichen Umgebungen passgenau montiert sind, geht ohne entsprechendes Werkzeug nichts mehr.

DIE LÖSUNG

Automobilzulieferer setzen daher auf voll automatisierte, robotergestützte Prüfzellen, in denen per Bildverarbeitung und Software Bauteile kontrolliert und die korrekte Montage mit Blick auf exakten Einbau und Funktionalität einer Qualitätsüberprüfung unterzogen werden.

Eine solche Prüfzelle hat die Handke Industrial Solution GmbH (HIS GmbH) für einen Kunden in der Automobilzulieferindustrie entwickelt.  Die HIS GmbH mit Sitz in Garbsen bei Hannover entwickelt, vertreibt und produziert seit 1979 Produkte und Software für die Automatisierungs- und Elektronikbranche. 

Die seit Ende 2016 eingesetzte Prüfzelle kontrolliert die korrekte Montage von Standheizungsapplikationen (jeweils bis zu 60x60x60 mm groß) für Personen- und Nutzfahrzeuge. Zwar ist das eigentliche Basisgerät stets sehr ähnlich, doch je nach Fahrzeugmodell ist die mechanische Umgebung anders angelegt, d.h.  Halterung, Abgas- und Luftansaugung: Insgesamt gibt es 250 Varianten, mit denen die Prüfzelle arbeiten muss. Diese schafft täglich insgesamt 1500 Bauteile (bei 3 Tagesschichten).

Die eingebauten Bauteileträger werden auf einem Transportsystem automatisch in die 3x3 Meter große Prüfzelle geschleust und dort von zwei VS-087 DENSO Robotern mit aufgesetzten Kameras kontrolliert.

Diese Kamerasysteme sind anstelle des Greifers am Roboterarm installiert und bestehen aus einer Gigabit Ethernet-Kamera (The Imaging Source) sowie einem Beleuchtungsring. Sie liefern hochauflösende, in unterschiedlichen Farben dargestellte Kontrastbilder. Die eigentliche Qualitätsprüfung erfolgt durch den Einsatz unterschiedlichster Bildverarbeitungswerkzeuge einer Bildverarbeitungsbibliothek (Halcon von MVTec). Kamera und Bibliothek prüfen die Bilddaten und melden, zu welchem Grad Muster und Werkteil (d.h. die unterschiedlichen Anbauteile der Standheizungsapplikation) sowie dessen Einbauposition übereinstimmen. Bei einer Fehlermeldung wird das Bauteil automatisch aussortiert. 

Die HIS GmbH entschied sich für DENSO-Roboter, da sich diese leicht integrieren lassen und vor allem dank ORiN (Open Resource interface for the Network), das DENSO Robotics zur Verfügung stellt, für die Schnittstellenkommunikation unkompliziert angelegt sind. ORiN war ursprünglich als Standardplattform für robotergestützte Anwendungen entwickelt worden. Heute dient ORiN in der industriellen Produktion als Entwicklungssoftware für eine ganze Reihe von Anwendungen – von Robotern bis hin zu anderen Produktionselementen wie SPS und numerischer Steuerung (NC). Eingesetzt mit dem DENSO RC8 Controller, ermöglicht ORiN die Zusammenarbeit mit externen Geräten wie eben Kameras und vielem mehr. Die Programmierung erfolgte in .NET C# sowie WPF.

Dank dieser Voraussetzungen war es sehr einfach, das Prüfsystem sofort zu nutzen und in einer hoch entwickelten Computersprache im Gesamtsystem zu steuern, d.h. die Roboter mußten nicht programmiert werden. Denn die übergeordnete Steuerung der Anlage erfolgt über eine eigene Software-Lösung der HIS GmbH, die Roboter, Kamera- und Bildverarbeitungssystem sowie die Beleuchtung koordiniert. Im Zusammenspiel mit der Bildverarbeitungsbibliothek kann je nach Kunde bzw. Bauteil ein eigener Prüfablauf modular angelegt werden.

Entscheidend für die Wahl der DENSO-Roboter waren ferner die sechs Achsen der VS-087 Modelle, die eine größtmögliche Beweglichkeit in alle Richtungen ermöglichen, zumal die Anbauteile der Standheizungsapplikationen in mitunter schwer zugänglichen Montagepositionen sitzen; sowie der schlanke mechanische Aufbau der DENSO-Roboter, deren Motoren platzsparend im Roboter eingebaut sind.

Überdies ist die Kommunikation zwischen Robotern und den angeschlossenen Gigabit Ethernet-Kameras sehr einfach, auch die Kabelzuführung gestaltet sich einfach, denn die VS-Roboter bieten einen optionalen Kommunikationsflansch zum direkten Anschluss von Kameras und Greifern an der 6. Achse des Roboters – DENSO Robotics ist der einzige Hersteller, der diese patentierte Technologie anbietet.

Alle in der Prüfzelle generierten Daten werden in einem MES-System zur Überwachung und Analyse gespeichert; daher sind IoT-Services und eine Industrie 4.0-Integration leicht umsetzbar.

DIE VORTEILE

Während die Qualitätsprüfung früher mit 3 Kamerasystemen aber nur auf linearen Achsen umgesetzt wurde, ist dies nun mit nur einem System möglich: Dank der sechsachsigen VS-087 Roboter sind selbst schwer zugängliche Bereiche in der Montage zugänglich: Damit wird die Qualitätsprüfung höchst flexibel; je Bauteil werden für die Qualitätsprüfung nur 30 Sekunden benötigt.

Neben dieser Effizienz- und Qualitätssteigerung spart der Zulieferer aufgrund der wegfallenden Rückläufer nicht exakt eingebauter Werkteile durch den Automobilhersteller erhebliche Kosten – und die automatisierte Qualitätsprüfung schließt menschliche Fehler aus. Darüber hinaus werden alle Kameraaufnahmen für einen definierbaren Zeitraum gesichert und signiert, um im Streitfall den korrekten Zustand des Produktes beim Verlassen der Produktion zu dokumentieren.

Die Anwendung lässt sich leicht auf andere Baugruppen übertragen, z.B. Lichtmaschinen oder Klimaanlagen. Auch Anwendungen außerhalb der Automotive Industrie sind natürlich vorstellbar. Gegenwärtig wird eine ähnliche Prüfzelle u.a. für die Überprüfung von Dichtungen eingesetzt.