Fraunhofer IFF Automatische Qualitätskontrolle auch bei geringen Stückzahlen

Bei der modellbasierten Montageprüfung vergleicht eine Software die digitalen Solldaten montierter Bauteile mit dem realen Ergebnis. Fehler werden unmittelbar erkannt.
Bei der modellbasierten Montageprüfung vergleicht eine Software die digitalen Solldaten montierter Bauteile mit dem realen Ergebnis. Fehler werden unmittelbar erkannt.

Die Produktion von Verkehrsflugzeugen ist stark individualisiert: Keine Maschine gleicht innen der anderen, so dass sich automatische Qualitätskontrollen bisher nicht gelohnt haben. Eine am Fraunhofer IFF entwickelte Software löst dieses Problem: Sie vergleicht über Kameras die jeweiligen CAD-Daten mit dem fertigen Montageprodukt.

Passagierflugzeuge gleichen sich zwar von außen, aber jede Fluggesellschaft wünscht eine andere Innenausstattung. Die Produktionslinien sind folglich nicht auf eine Massenproduktion ausgerichtet: Manuelle Montagevorgänge prägen das Bild, und die Montageaufgaben ändern sich ständig. Üblicherweise blättern die Techniker in Bauteilunterlagen, um zu sehen, wo und wie welches Bauteil montiert werden soll. Haben die Werker die Montage abgeschlossen, überprüfen sie noch einmal, ob alles an der richtigen Stelle sitzt, und quittieren dies. Hierbei können sie jedoch Fehler übersehen. Qualitätsprüfer nehmen daher einzelne Produkte noch einmal genau unter die Lupe, doch auch sie können nicht jede Schraube überprüfen - eine 100-prozentige Prüfung ist auf manuellem Wege nicht möglich.

Gerade bei sicherheitsrelevanten Bauteilen wünschen sich Hersteller daher eine automatische Qualitätskontrolle. Bei hohen Stückzahlen wie in der Autoproduktion gibt es bereits Ansätze, die montierten Bauteile per Software mit vorab gefertigten Fotos zu vergleichen. Für kleine Produktionslinien lohnt sich dies jedoch kaum: Alle Bauteile müssen zunächst einmal montiert und anschließend fotografiert werden, um Vergleichsbilder für die weiteren Montagen zu haben. Wenn eine Airline aber nur vier Flugzeuge mit der entsprechenden Innenausstattung bestellt hat, könnten nur noch drei Montagen überwacht werden.

Digitaler Abgleich des Montageergebnisses mit CAD-Daten

Eine neue Technologie soll jetzt auch die Fertigung solch kleiner Stückzahlen einen Schritt weiter Richtung Null-Fehler-Produktion führen und Montagefehler zuverlässig entdecken. Entwickelt wurde sie von Forschern des Fraunhofer-Instituts für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF in Magdeburg. »Wir verwenden keine Fotos real montierter Bauteile als Vergleich, sondern bilden den Idealzustand über virtuelle Bilder ab«, erläutert Dr. Dirk Berndt, Abteilungsleiter am IFF. Dazu haben die Forscher eine Software entwickelt, die aus den CAD-Daten der Konstruktion und den jeweiligen Positionen der Kameras ein »Foto« erstellt - von einem Produkt, das noch gar nicht montiert ist. Das Prinzip: Hat der Techniker das Bauteil fertig montiert, nimmt - wie bei der herkömmlichen automatischen Überprüfung - eine Kamera ein Bild davon auf. Allerdings vergleicht die Software dieses Bild nicht mit einem vorher angefertigten, sondern errechnet anhand der CAD-Daten ein virtuelles Foto, das genau die gleiche Perspektive hat wie das real aufgenommene Foto. All dies geschieht in Sekundenschnelle, also in Echtzeit. Mit diesem virtuellen Bild vergleicht die Software das aufgenommene Bild des realen Bauteils.

Bauteile müssen nicht mehr exakt ausgerichtet werden

Die Technologie bringt einige Vorteile mit sich: Sie ist bereits bei der ersten Montage nutzbar und lohnt sich daher auch bei sehr geringen Stückzahlen. Ändern sich die CAD-Daten, bedarf es nur eines Mausklicks, um die aktuellen Daten in das System zu laden. Zudem berücksichtigt die Software die Lage, mit der das zu prüfende Bauteil in die Kamera geschoben wird, und berechnet das virtuelle Bild entsprechend; das Bauteil muss im Prüffeld also nicht exakt positioniert werden. Bei herkömmlichen automatischen Qualitätskontrollen muss das Bauteil präzise unter die Kamera geführt werden, sonst ist ein Vergleich nicht möglich.

»Die Technologie an sich ist entwickelt, sie ist nahezu ausgereift«, sagt Berndt. Bis zum Ende des Jahres wollen die Forscher sie in zwei prototypischen Anwendungen nutzen.