Forschungsberichte

Optische 3D-Formerfassung für die integrierte Qualitätsprüfung von Karosserieaußenteilen

Andreas Eichhorn

225 Seiten 0 Abbildungen Hieronymus Buchreproduktions GmbH, München, 2005 ISBN 3-89791-352-6

Die Oberflächenqualität von Karosserieaußenteilen ist für die Hersteller von Fahrzeugen des Premiumsegmentes ein wesentliches Qualitätsmerkmal. Die geometrische Komplexität der Außenteile macht es schwierig diese mithilfe von Metallumformtechnologien zu fertigen. Folglich können stets verschiedene Typen von kleinen Oberflächenabweichungen auftreten: von lokalen Senkungen bis zu globalen Unebenheiten. Diese Abweichungen sind nur einige Mikrometer groß, werden aber als Verzerrung erkannt, da aus ihnen nach dem Lackieren ein inhomogener Verlauf von Glanzlichtern auf der hochreflektiven Oberfläche resultiert, der somit die optische Erscheinung beeinträchtigt. Systematische Defekte ergeben sich aus der Produktionsmethode und treten auf fortlaufenden Teilen auf, die das Presswerk verlassen. Um diese Oberflächendefekte innerhalb der gesamten Serienproduktion zu verhindern oder zu minimieren, muss der Prozess ständig überwacht und optimiert werden. Unglücklicherweise wird die Oberflächenqualität bei Presswerken noch manuell kontrolliert, ist demzufolge mühsam, subjektiv, fehleranfällig, zeit- und kostenaufwändig und erfüllt außerdem nicht die Forderung nach einem effizienten operativen Qualitätsmanagementsystem. Es wäre also wünschenswert eine objektive, effiziente und automatische Kontrollmethode zu besitzen.

Die neue Vorgehensweise für quantitative rechnerunabhängige Oberflächenkontrolle, die in dieser Arbeit betrachtet wird, basiert auf 3D-Bildentwicklung. In der Vergangenheit sind optische 3D-messtechniken (wie die Kombination von Photogrammetrie und Randprojektion, die Algorithmen für die Erfassung großer Sets von Bereichsbildern und die Entwicklung von polygonen Maschen) gute Hilfsmittel für hochqualitative Geometrie Modellierung großer 3D-Objekte geworden. Diese ermöglichen eine integrative Qualitätskontrolle, da die verschiedenen Defekte auf Basis eines geometrischen Teilemodells analysiert werden können. Allgemein besteht ein Karosserie-Außenteil-Modell aus der erforderlichen Geometrie, die typischerweise durch ein Übereinanderlegen von globalen und lokalen Abweichungen sowie zusätzlichen Lageabweichungen entsteht. Die Analyse der globalen Form und der Lageabweichungen durch Vergleichen des Modells mit der in CAD designten Geometrie als Referenz ist eine Standardmethode der Qualitätskontrolle. Verglichen damit ist es sehr viel schwieriger lokale Abweichungen der eigentlichen Form zu identifizieren, da ihre spezielle Größe und die Tatsache, dass innerhalb einer Serienproduktion sowohl die lokalen als auch die globalen Abweichungen unterschiedlich ausfallen können, eine ständige Referenz-Geometrie ausschließen.
Deshalb wurden 2 neue Segmentierungsmethoden und mehrere nützliche Hilfsmethoden entwickelt und getestet. Die SABYNA-2, 5D-Methode basiert auf einer Sequenzierung und die SABYNA-3D-Methode auf einer direkten Zerlegung der aktuell vorliegenden Teilegeometrie mithilfe der doppel -oder einfach-räumlichen Tiefpassfilterung. Dafür werden für jedes Teilemodell mithilfe der NURBS-Näherung oder der B-Spline-Oberflächen speziell adaptierte Referenzoberflächen generiert, die nicht durch irgendeine geometrische Form limitiert sind.

Die folgende Berechnung der Unterschiede zwischen der adaptierten Referenzoberfläche und jedem Eckpunkt des geometrischen Modells kontrastiert die lokalen Abweichungen, während der Vergleich der Referenzoberfläche mit dem aktuellen geometrischen Modell kaum einen Unterschied des lokalen Krümmungsverlaufs aufweist. Das quantitative Ergebnis dieser Operation ist eine farbverschlüsselte Visualisierung der Unterscheidungswerte, die die genaue Geometrie der lokalen Formdefekte aufdecken.

Diese quantitativen Ergebnisse werden für die Klassifizierung der verschiedenen Typen von lokalen Formdefekten benutzt um ihre typischen geometrischen Charakteristika zu beschreiben und um die Prozessqualitätseigenschaften der lokalen Abweichungen auch mit eindimensionalen statistischen Standardmethoden untersuchen zu können. Um mit Häufungen von Abweichungsdaten effizient bzgl. Informationsanhäufung in finiten Bereichen umgehen zu können wurden spezielle 2,543 Qualitätskontrolltabellen entwickelt. Die statistischen Daten können auch verwendet werden um virtuelle Oberflächenmodelle zu erstellen.