Sauberes Roboterschweißen und eine optimierte Fahrzeugabnahme in der Autoindustrie

Die Automatisierung von Produktionsverfahren, auch Industrie 4.0 genannt, schreitet nicht nur in der Automobilindustrie mit Riesenschritten voran. Komplette Fertigungsabläufe werden automatisiert, Maschinen kommunizieren etwa mit der Transportindustrie und den Beschäftigten. Dabei verschwimmt die Grenze zur Künstlichen intelligenz mehr und mehr, denn die Roboter gewinnen durch maschinelles Lernen eine wachsende Kompetenz bei der Ausführung der mechanischen Tätigkeiten.

Aber auch einzelne Arbeitsvorgänge werden immer weiter optimiert, um die Qualität der Fahrzeugproduktion zu erhöhen. Im MINI-Werk von BMW in Oxford etwa kümmern sich die Ingenieure besonders um die Verbesserung von Schweißverfahren.

Schäden im Verlauf der Produktion

Denn beim Schweißen der Karosserie-Elemente kommt es immer wieder zu Fehlern, wenn erhitztes flüssiges Metall aus den Schweißpunkten austritt und auf anderen Teilen des Autos landet. Folgen dieser Schweißspritzer, auch Austrieb genannt, sind Verbrennungen der Verzinkung und ein mangelhafter Korrosionsschutz. Auch sichtbare Mängel an Komponenten treten auf, was Nacharbeiten erforderlich macht.

Hochmoderne Roboter sowie Schweißpistolen mit einer integrierten Überwachung der Punktschweißungen sind die ersten Voraussetzungen, um eine fehlerhafte Produktion durch unterdimensionierte oder niedrigfeste Schweißnähte zu vermeiden. Das ergab eine im MINI-Werk durchgeführte Studie. Einziges Problem blieb aber weiterhin das Auftreten von Schweißspritzern.

Die Analyse der Arbeitsergebnisse ergab, dass vor allem eine stark abgenutzte Elektrodenspitze die Raten des Austriebs erhöht. Unter anderem war eine mangelhafte Kühlung Ursache dieses Mangels. Im Labor von BMW wurden anschließend die einzelnen Prozesse simuliert, um die Faktoren und ihren jeweiligen Schweregrad zu ermitteln, die Schweißfehler verursachen. Ein integriertes Datensystem ermittelt die Anzahl der Schweißvorgänge, die mit den Elektrodenspitzen bisher ausgeführt wurden. Denn mit zunehmender Abnutzung treten vermehrt Schweißspritzer auf, so ein Ergebnis der Studie. Außerdem entwickeln die Mitarbeiter ein Werkzeug, mit dem sich online eine Diagnose der übrigen Austriebs-Ursachen feststellen lässt, um die Probleme effizient zu beheben.

Künstliche Intelligenz als integrierter Bestandteil der Optimierung

Die Qualitätskontrolle als Abschluss der gesamten Fertigung fällt heute meist noch in die Zuständigkeit eines leibhaftigen Mitarbeiters. Die Struktur und die Oberflächen eines Fahrzeugs sind für den Kollegen Roboter einfach zu komplex, bestehen aus Wellen, Kurven und Spalten, unregelmäßig geformte Anbauteile wie Außenspiegel oder Türgriffe kommen hinzu. Zudem kann das Kamerasystem die Hallenbeleuchtung oder Licht-Reflexionen nicht herausrechnen, was ebenfalls zu suboptimalen Ergebnissen führt.

Die Firma Siemens will diesen Bereich der Fertigung nun auf ein neues Niveau heben. Die Techniker verzahnen die einzelnen Abschnitte der Produktion mit Elementen der Künstlichen Intelligenz (KI), denn so lassen sich nun auch Abläufe automatisieren, die vorher nur analog ausgeführt werden konnten.

Der KI-gesteuerte Roboterarm

Das Verfahren besteht aus mehreren Stufen: Zunächst erstellt die Software ein Modell des Autos mit allen seinen besonderen Merkmalen der Oberfläche. Auf der Basis dieses „digitalen Zwillings“ berechnet das Programm die optimale Bahn der Kamera einschließlich der Neigung, mit der alle Eigenschaften der realen Karosserie äußerst genau und ohne Verzerrungen durch Reflexionen oder Schattierungen erfasst werden. Ein Roboterarm nutzt schließlich all diese Informationen, wenn er mit einer aufmontierten Kamera das Fahrzeug ringsherum abfährt und Unregelmäßigkeiten identifiziert.

Eine weitere KI-Applikation übernimmt die Auswertung der aufgenommenen Bilder und erkennt mögliche Anomalien. Das System führt zu einer höheren Effizienz der abschließenden Kontrolle und senkt zusätzlich noch ihre Kosten. Zudem lernt der Algorithmus ständig hinzu und erkennt nach und nach, welcher Defekt tatsächlich vorliegt. Am Ende lässt sich sogar feststellen, in welcher Produktionsphase etwa ein Riss in der Karosse entstand

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