Alle Schrauben montiert?
Kamerabasiertes Tool zur Erkennung von Schraub- und Nietpositionen
Mit Hilfe einer am Werkzeug befestigten Kamera werden Situationen bei der Montage von Schrauben und Nieten erfasst und durch die Bewertung der Aufnahmen erkannt, welche Montagestelle gerade angefahren wird.
Das kamerabasierte Montagesystem Verpose ermöglicht eine ortsgenaue Erfassung bei der Montage von Schrauben oder Niete. Durch die Bewertung der Aufnahmen erkennt es, welche Montagestelle soeben angefahren wird. (Bild: Advanced Realtime Tracking GmbH)
Für die Serienmontage mit handgeführten Werkzeugen, z.B. mit Elektroschraubern oder Nietsetzgeräten, besteht immer das Risiko, dass einzelne Montagepositionen ausgelassen oder nicht abschließend montiert wurden. Oftmals, ohne es zu bemerken. Um die Einhaltung der Positionen zu gewährleisten, wird ein System benötigt, welches sicherstellt, dass der gewünschte Montageschritt an der gewünschten Position ausgeführt wurde. Das führt dazu, das eingesetzte Montagewerkzeug so auszustatten, dass eine positionsgetreue Erfassung zum Zeitpunkt des Montageschrittes gewährleistet werden kann, z.B. an der Schraube oder am Niet. Wenn zusätzlich die Montageparameter des eingesetzten Werkzeugs erfasst werden, kann man nachträglich für jeden einzelnen Montageort die zugehörigen Prozessdaten überprüfen und bei Bedarf prozessualen Ursachen ebenso positionsgetreu nachgehen.
Erkennung der Montagestellen
Die Advanced Realtime Tracking GmbH hat hierfür mit Verpose eine Lösung entwickelt, die mit Hilfe einer am Werkzeug befestigten Kamera die Montagesituation erfasst und durch die Bewertung der Aufnahmen erkennt, welche Montagestelle gerade angefahren wird. Die Erkennung erfolgt mit Unterstützung einer eingebauten fremdlichtsicheren Lichtquelle – synchron zur Aufnahme – sehr schnell und unmittelbar, so dass der Arbeitsprozess dadurch nicht verlangsamt wird. Bei Bearbeitung der Montagestelle können die zugehörigen Montageparameter, wie beispielsweise Drehzahl-, Drehmomentverlauf und Ergebnis eines Schraubprozesses, in einer nachgeschalteten Prozessdatenbank mit der Positionsinformation zusammen erfasst und verwaltet werden. Im Falle einer nicht erlaubten Montageposition (Reihenfolge nicht eingehalten oder wiederholtes Anfahren einer bereits verschraubten Position) kann die Bilderfassung und -bewertung dazu genutzt werden, eine Montage zu verhindern und somit eine hohe Qualitätssicherheit bei manuellen Montagen gewährleisten. In einer speziellen Ausprägung ermöglicht Verpose auch die Erkennung des korrekten Montagewerkzeuges oder Schraubentyps. Um die Einsatzfähigkeit bei manuellen Montagen sicherzustellen, muss das Kamerasystem klein und flexibel sein, so dass es den Arbeitsbereich kaum einschränkt und dennoch an verschiedene Werkzeuge adaptierbar ist. Das erfolgt mit einem Adapter für die gängigen Handwerkzeuge. Sofern sich die Montagestellen optisch unterscheiden, wird die Verpose-Software nach einem initialen Softwaretrainingsprozess die gelernten Montagestellen auf allen baugleichen Werkstücken wiedererkennen und zeigt das am Bildschirm an. Bereits nach wenigen Minuten können erste Erkennungen durchgeführt werden. Alle Ergebnisse werden über eine Datenschnittstelle (API) für den Anwender verfügbar. Die zugehörigen Prozessabläufe (Freigabe/Sperren des Schraubers etc.) werden im Montagemanagementsystem des Kunden mit der Schraubsteuerung logisch verknüpft.
Verpose erhielt auf dem 30. Deutschen Montagekongress den Preis für die Beste Montage-Idee 2019. (Bild: Advanced Realtime Tracking GmbH)
Schraubstellen differenzieren
Verpose funktioniert auch bei bewegten Montagen und gibt daher keine Positionskoordinaten aus. Es hat sich herausgestellt, dass hierzu notwendige Systeme mit außerhalb des Montageplatzes positionierten Sender/Empfänger-Systemen (sog. Outside-In-Tracking) aufgrund von Verdeckungen durch Werker und/oder Werkstücke eine freie Sicht auf den Montageort nicht gewährleisten können und somit in Produktionsumgebungen nur eingeschränkt nutzbar sind. Zudem können Positionierungsprinzipien wie UWB die notwendige Genauigkeit zur sicheren Erfassung des Montageortes aufgrund des physikalischen Prinzips nicht liefern. Mit dem neuen Verfahren kann Verpose durchaus Schraubstellen differenzieren, die nur 1 bis 2cm voneinander entfernt sind. Das Limit wird durch die Bildauswertung und die optische Einzigartigkeit der Montagestelle definiert, nicht aber durch den Abstand der Montageorte. Der Anwender ist durch das neue Kamerasystem in der Lage, die vollständige Montage in vorgegebener Abfolge abzusichern und dies mit den Montageparametern zu dokumentieren. Bei unterschiedlichen Parametern je Position können diese ggf. auch individuell von den Werkzeugsteuerungen abgerufen werden und je Montagestelle differieren. Der hohe Integrationsgrad von EC-Schraubern führte bevorzugt zum Einsatz bei Schraubsystemen, doch wurden auch bereits Umsetzungen mit Nietgeräten realisiert.
Die Bildschirmansicht: Die Software erkennt den Schraubpunkt und übergibt die Bewertung per API an das Montagemanagementsystem. (Bild: Advanced Realtime Tracking GmbH)
Fazit
In Serienmontagen kann Verpose zu einer hohen Prozesssicherheit und der Fehlerminimierung entscheidend beitragen. Typische Vorteile entstehen durch den Wegfall des Vier-Augen-Prinzips bei kritischen Montagefällen und einer deutlich verringerten Nachbearbeitungsquote. Veränderungen in Montagelage bzw. -reihenfolge können einfach realisiert werden, da das Gerät meist ortsunabhängig einsetzbar ist und somit leicht angepasst werden kann. Die spezielle Kamera und zugehörige Software wurden in Zusammenarbeit mit und nach Vorgaben der Automobilindustrie entwickelt. Das System wurde in der Vor- und Endmontage der Automobilindustrie erprobt und ist dort bereits erfolgreich im Einsatz.
