Vollautomatisierte Defekterkennung auf Roh-Karosserien mit surfaceCONTROL Automotive von Micro-Epsilon

Mit surfaceControl Automotive bietet Micro-Epsilon ein roboterbasiertes Inspektionssystem zur vollautomatischen Oberflächenprüfung von Roh-Karosserien (Body-in-White).

Konrad Steinhuber
Produktmanager, Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

„Mit surfaceControl Automotive ermöglichen wir eine voll automatisierte und objektive Oberflächeninspektion im Karosserierohbau. Das System schafft die Grundlage für standardisierte Prüfprozesse, gezielte Nacharbeit und nachhaltige Prozessoptimierung.“

Im Karosserierohbau wird die Basis für eine stabile Lackierqualität gelegt. Bleiben Oberflächen- oder Geometriefehler unentdeckt, führen sie später häufig zu kostenintensiver Nacharbeit, zusätzlichen Audit-Schleifen oder Ausschuss. Da viele Ursachen in frühen Prozessschritten liegen, ist eine späte Entdeckung mit hohem Analyseaufwand verbunden. „Der Qualitätshebel liegt daher in einer standardisierten Inline-Prüfung, die unabhängig von subjektiven Faktoren zuverlässig arbeitet. Mit dem Inspektionssystem surfaceControl Automotive adressiert Micro-Epsilon genau diesen Bedarf“, erklärt Konrad Steinhuber, Produktmanager für Mess- und Inspektionssysteme bei Micro-Epsilon.

Das Komplettsystem aus Sensorik, Robotertechnik, Rechner, Software und Schnittstellenpaket wird kundenspezifisch konfiguriert und ermöglicht eine hochpräzise, reproduzierbare Erkennung und Lokalisierung von verschiedensten Oberflächendefekten. Sensoranzahl und Robotik lassen sich flexibel skalieren, um unterschiedliche Taktzeiten und Durchsatzanforderungen abzudecken.

In der Inspektionszelle prüft surfaceControl Automotive Roh-Karosserien vollautomatisch und liefert reproduzierbare 3D-Defektdaten für Nacharbeit, Qualitätsauswertung und Prozessoptimierung.

Streifenlichtprojektion liefert echte 3D-Daten

Roh-Karosserien reflektieren Licht überwiegend diffus. Deshalb nutzt surfaceControl Automotive 3D-Sensoren mit Streifenlichtprojektion zur Erfassung der Oberflächengeometrie. Aus den Messdaten entsteht eine 3D-Punktewolke, die lokale Formabweichungen sichtbar macht und objektiv bewertet. „Entscheidend ist die echte 3D-Rekonstruktion der Defekte“, betont Steinhuber. „Jedem Fehler werden geometrische Merkmale wie Durchmesser, Fläche oder Höhe zugeordnet. Dadurch entsteht eine quantitative Beschreibung der Abweichung statt einer rein subjektiven Einschätzung.“

Die Klassifizierung erfolgt anhand definierter Toleranzen. Ergebnisse werden als XML-Datei gespeichert und können direkt in bestehende Qualitätssicherungssysteme integriert werden. Typische Fehlerarten sind unter anderem Beulen, Dellen, Kerben, Pickel, Welligkeiten, Druckstellen, Einfallstellen, Risse, Nachlaufkanten, Einschnürungen und Einzugsstellen. Zusätzlich lassen sich Roh-Karosserien hinsichtlich Form- und Verzugsmerkmalen inspizieren.

Micro-Epsilon bietet eine kundenspezifische Konfiguration des Zellenlayouts an. Sensoranzahl und Robotik lassen sich flexibel skalieren, um unterschiedliche Taktzeiten und Durchsatzanforderungen abzudecken.

Schnelle Projektierung und CAD-basierte Simulation

Für prozesssichere Abläufe ist die Planung der Messpositionen entscheidend. surfaceControl Automotive nutzt CAD-basierte Simulationsverfahren, um Sichtfelder, Messabstände und potenzielle Abschattungen bereits in der Planungsphase zu analysieren. Sensorpositionen und Bewegungsabläufe werden virtuell optimiert, ohne physische Prototypen einsetzen zu müssen. „Das reduziert den Einrichteaufwand und erhöht die Planungssicherheit: Kritische Bereiche werden frühzeitig identifiziert, Prüfstrategien realitätsnah getestet und die Integration in bestehende Produktionslinien deutlich vereinfacht“, erklärt Steinhuber. „Zudem lässt sich das System schneller auf neue Modelle und Varianten anpassen, was einen klaren Vorteil in Fertigungen mit hoher Modellvielfalt darstellt.“

Sichtfelder, Messabstände und potenzielle Abschattungen werden bereits in der Planungsphase bei der Simulation mit dem CAD-Modell der Karosserie analysiert, um eine hohe Flächenabdeckung und prozesssichere Roboterbahnen zu erreichen.

Flächenabdeckung als Erfolgsfaktor

Damit eine Inline-Inspektion manuelle Sichtprüfungen tatsächlich ersetzen kann, müssen auch Bereiche abgedeckt werden, die in der Praxis am schwierigsten zu inspizieren sind: bis an den Rand, auf Designkanten und in stark bombierten Bereichen wie zum Beispiel Türgriffmulden. „surfaceControl Automotive erreicht hierfür eine Flächenabdeckung von mindestens 97 Prozent der Außenfläche, wobei auch abgezogene Bereiche zuverlässig erfasst werden“, unterstreicht Steinhuber. „Diese hohe Abdeckung ist nicht nur ein Qualitätsmerkmal, sondern direkt produktionswirksam. Fehlerfrei geprüfte Roh-Karosserien können ohne manuelle Sichtprüfung an die Lackierung weitergegeben werden. Gleichzeitig wird Nacharbeit planbarer, da Defekte exakt lokalisiert und in ihrer Ausprägung beschrieben werden.“

Die integrierte 6D-Offsetkorrektur kompensiert Lage- und Positionstoleranzen der Karosserie automatisch. Dazu werden geometrische Merkmale erfasst, daraus die Lage im Raum berechnet und die Verfahrwege der Sensoren angepasst.

Reproduzierbarer Prüfprozess

Nicht jede geometrische Abweichung stellt in der Serienfertigung automatisch einen Fehler dar. Bauteilspezifische Toleranzen – auch an beweglichen Komponenten wie Klappen, Türen oder Hauben – sind üblich und müssen im Prüfprozess abbildbar sein. surfaceControl Automotive setzt dafür auf ein lernendes Verfahren mit KI-basierten Algorithmen: Aus Datensätzen fehlerfreier Referenzteile wird ein Digitaler Master erzeugt, der den „Gutzustand“ beschreibt. Auf dieser Grundlage werden relevante lokale Formfehler detektiert, während zulässige Abweichungen toleriert werden. „Das Ergebnis ist ein reproduzierbarer Prüfprozess, der sich in der Parametrierung schnell an Kundenstandards, Modelländerungen oder Werksspezifika anpassen lässt. Gerade beim Anlauf neuer Karosserien oder Modellvarianten ist diese schnelle Anpassbarkeit ein zentraler Baustein, um die Inline-Inspektion stabil in den Betrieb zu bringen und Qualitätsstandards konzernweit zu vereinheitlichen“, erläutert Steinhuber.

Neben der Messtechnik-Hardware umfasst das Inspektionssystem auch eine Softwareplattform mit Tools zur Datenanalyse. Zentrale Bausteine sind die Generierung eines Digitalen Masters aus Datensätzen fehlerfreier Referenzteile sowie weitere Analysewerkzeuge wie der Digitale Abziehstein und der Digitale Lichttunnel für die Einzelteilanalyse. Für die Bewertung in der Linie werden die Mess- und Klassifikationsergebnisse in unterschiedlichen Ansichten bereitgestellt – von der 3D-Ansicht der Karosserie bis zu werksspezifischen Visualisierungen wie Schmetterlingsbildern oder Abdeckungsanalysen. Integrierte Auditierungsmöglichkeiten unterstützen die nachvollziehbare Freigabe und Rückverfolgbarkeit von Bewertungen.

Robust gegen Lage- und Positionstoleranzen

Serienproduktion bedeutet Varianz: Eine Roh-Karosserie erreicht die Inspektionszelle nicht immer in exakt identischer Lage. surfaceControl Automotive verfügt deshalb über eine integrierte 6D-Offsetkorrektur zur automatischen Kompensation von Positions- bzw. Lageabweichungen. Dazu werden geometrische Merkmale erfasst, daraus die Lage im Raum berechnet und die Verfahrwege der Sensoren angepasst. Das Ergebnis sind schnelle, präzise und wiederholgenaue Messungen ohne manuelles Nachjustieren. Somit bleibt die Prüfstrategie trotz Toleranzen stabil und die hohe Abdeckung wird auch im Serienalltag erreicht.

surfaceControl Automotive wird kundenspezifisch ausgelegt, ist jedoch im Betrieb auf Übertragbarkeit ausgelegt. Schnelle Anpassungsmöglichkeiten in der Parametrierung der Fehlererkennung erleichtern die Übertragung auf andere Werke und neue Modelle. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, die Fehlerklassifikation durch den Einsatz von KI-basierten Algorithmen gezielt zu optimieren. Damit können etablierte Prüfabläufe und validierte Qualitätsstandards konzernweit ausgerollt werden, ohne jedes Mal neu zu beginnen. In Verbindung mit der standardisierten Ergebnisbereitstellung, beispielsweise als XML-Datei, entsteht eine Grundlage für standortübergreifende Qualitätsvergleiche und eine einheitliche Sprache in der Fehlerbewertung.

Ein zusätzlicher Mehrwert entsteht durch die durchgängige Tool- und Softwarelandschaft: surfaceControl Automotive nutzt die gleiche Softwarebasis wie reflectControl Automotive für lackierte Karosserien. Durch die Kombination beider Systeme lässt sich ein konsistentes Inspektionskonzept vom Rohbau bis zur Lackierung umsetzen. Die Ergebnisse können übereinandergelegt werden, um Qualitätsbewertungen über den gesamten Fertigungsprozess konsistent zu halten und Upstream-Analysen zu ermöglichen. Ein erstes OEM-Projekt bei einem führenden Automobilhersteller wurde bereits erfolgreich umgesetzt – seither wird über die Anlage die komplette Fertigung des Werks inspiziert.

Für stabile Prozesse

„Mit surfaceControl Automotive ermöglichen wir eine voll automatisierte und objektive Oberflächeninspektion im Karosserierohbau. Das System liefert quantitative Defektdaten statt subjektiver Sichtbewertungen und schafft damit die Grundlage für standardisierte Prüfprozesse, gezielte Nacharbeit und nachhaltige Prozessoptimierung“, resümiert Steinhuber. „Hohe Flächenabdeckung, 6D-Offsetkorrektur und CAD-basierte Simulation sorgen zudem für eine prozesssichere Inline-Inspektion. In Kombination mit reflectControl Automotive entsteht ein durchgängiges Inspektionskonzept vom Rohbau bis zur Lackierung“, so der Produktmanager abschließend.