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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Detektion von Fehlstellen und Abarbeitung von diesen Fehlstellen in einer Werkstückoberfläche.
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In der Industrieproduktion von Industriegütern, insbesondere von Kraftfahrzeugen, ist das Bestreben groß, den ohnehin schon hohen Automatisierungsgrad weiter zu steigern. Neben der eigentlichen Herstellung und Fertigung von Industriegütern, beispielsweise von Kraftfahrzeugen, stellt die Nachbearbeitung im Sinne eines Fehlerbehebungsmanagements einen gesonderten Schwerpunkt bei der Steigerung des Automatisierungsgrades dar. Bei der Fertigung von Werkstücken ist unter anderem häufig eine fehlerfreie Werkstückoberfläche gefordert, um den Ansprüchen an eine ausreichende Qualität zu entsprechen. Beispielsweise werden deshalb bei der Herstellung von Fahrzeugkarosserien Lackfehlstellen in der Werkstückoberfläche visuell detektiert und anschließend manuell abgearbeitet (Finishband). Erste Ansätze zur Halbautomatisierung in diesem Bereich sind bereits im Stand der Technik vorgeschlagen worden.
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So offenbart die
DE 10 2015 119 240 B3 ein System und ein Verfahren zum automatischen Detektieren von Defekten in Oberflächen, zum Beispiel von Lackdefekten einer Automobilkarossiere, und deren robotergestützte Bearbeitung, insbesondere mittels Schleifen und Polieren. Dabei umfasst das Verfahren eine optische Inspektion der Oberfläche zur Detektion von Defekten sowie eine dreidimensionale Vermessung der Werkstückoberfläche mittels optischer Sensoren im Bereich detektierter Defekte. Das Verfahren umfasst außerdem das Ermitteln der Topographie der Werkstückoberfläche im Bereich von zumindest einem Defekt und das Ermitteln eines Parametersatzes, welcher den zumindest einen Defekt charakterisiert. Zumindest einer der Defekte wird anhand des ermittelten Parametersatzes kategorisiert. Das heißt, der Defekt wird einer Defektkategorie zugeordnet. Abhängig von der Defektkategorie des mindestens einen Defekts wird ein Bearbeitungsprozess ausgewählt.
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Aus der
DE 10 2004 007 830 A1 ist ein Verfahren zur Lokalisierung von Fehlstellen und ein Markiersystem von diesen Fehlstellen auf einem dreidimensionalen Objekt, insbesondere dessen Oberfläche, bekannt. Dabei werden die Fehlstellen mit einer optischen Aufnahmeeinrichtung aufgefunden und lokalisiert. Für eine hohe Genauigkeit der Lokalisierung von der Fehlstelle ist es vorgesehen, die Konstruktionsdaten des Objekts, die optischen Abbildungseigenschaften der Aufnahmeeinrichtung und die Position der optischen Aufnahmeeinrichtung und des Objektes bei der Bildaufnahme als bekannt anzunehmen. Somit kann dann der Fehlerort auf dem Objekt bestimmt und gegebenenfalls markiert werden. In diesem Zusammenhang ist es zudem bekannt, dass eine Auswerteeinrichtung den Fehler nicht nur erkennt, sondern auch entsprechend klassifiziert, so dass je nach Fehlertyp eine unterschiedliche Markierung aufgebracht werden kann. Eine automatisierte Art der Fehlerbehebung ist aus diesem Dokument nicht als bekannt zu entnehmen.
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Als nachteilig könnte angesehen werden, dass keine individuelle Berücksichtigung der Ausprägung des Fehlers vollzogen wird. Vielmehr werden eine Reihe von Fehlstellen mit unterschiedlicher Ausprägung in einer Fehlerklasse gesammelt, wobei dieses Bündel von Fehlstellen dann mit einer pauschalen Arbeitsroutine abgearbeitet wird. Dies geschieht dabei häufig noch manuell, so dass hier noch keine Vollautomatisierung der Nachbearbeitung vorgesehen ist. Diese Art der Klassifizierung geht zudem immer mit einem höheren Aufwand einher als nötig, da individuelle Fehler aus einer Klasse meist während der Nachbearbeitung erneut begutachtet werden müssen und die entsprechenden Maßnahmen daraufhin angepasst werden müssen.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit Hilfe dessen es möglich ist, Fehlstellen auf einer Werkstückoberfläche individuell automatisch zu erkennen und kostengünstig automatisch gezielt und effizient zu beheben.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Verfahren zur automatischen Detektion von Fehlstellen und Abarbeitung von diesen Fehlstellen in einer Werkstückoberfläche bereitgestellt wird, welches die folgende Schrittsequenz umfasst:
- Schritt 0: Erstellen eines Kennfeldes mit zumindest drei Bearbeitungsmerkmalen zur Fehlerstellenbearbeitung mittels einer Reparaturvorrichtung;
- Schritt 1: Automatische Oberflächeninspektion der Werkstückoberfläche mittels einer Inspektionsvorrichtung;
- Schritt 2: Detektieren und Lokalisieren zumindest einer Fehlstelle in der Werkstückoberfläche mittels der Inspektionsvorrichtung;
- Schritt 3: Ermitteln eines Parametersatzes aus zumindest einem detektierten Merkmal der Fehlstelle, welches die zumindest eine Fehlstelle individuell charakterisiert;
- Schritt 4: Speichern der Fehlstelle und des Parametersatzes in einer Datenverarbeitungsanlage.
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Dabei umfasst die Schrittsequenz zudem des Weiteren die folgenden Schritte:
- Schritt 5: Starten einer Abarbeitungsroutine zur Bearbeitung der zumindest einen Fehlstelle durch eine Abfrageroutine in der Datenverarbeitungsanlage, ob zumindest eine Fehlstelle vorliegt;
- Schritt 6: Zuordnung des Parametersatzes zu einer individuellen Position in dem Kennfeld;
- Schritt 7: Anfahren der Fehlstelle mit der Reparaturvorrichtung;
- Schritt 8: Ausrichtung der Reparaturvorrichtung über der Fehlstelle;
- Schritt 9: Bearbeiten der Fehlstelle gemäß der individuellen Position in dem Kennfeld und den mit dieser Position verbundenen zumindest drei Bearbeitungsmerkmalen;
- Schritt 10: Erneute Abfrageroutine in der Datenverarbeitungsanlage, ob zumindest eine weitere Fehlstelle vorliegt, wenn ja, weiter mit Schritt 5, ansonsten Beenden der Abarbeitungsroutine.
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Auf diese Weise wird jede Fehlstelle mittels des Kennfeldes beziehungsweise mit den dort hinterlegten Informationen hinsichtlich der Bearbeitungsmerkmale optimal bearbeitet. Ein höherer Aufwand, wie es sich bei der Methode der Klassifizierung einstellt, ist nicht nötig. Zudem ist der gesamte Vorgang mittels des vorgestellten Verfahrens automatisiert, so dass eine kostenintensive manuelle Nachbearbeitung entfällt. Auch fördert das sehr genaue Zuordnen der detektierten und lokalisierten Fehlstelle zu einem klar definierten Kennfeld mit den entsprechenden Bearbeitungsmerkmalen einen effizienten Nachbearbeitungsprozess. Im Extremfall ist es dabei auch denkbar, dass eine Zuordnung in dem Kennfeld derart vollzogen wird, so dass zwei der drei Bearbeitungsmerkmale den Wert Null einnehmen und somit also dem ermittelten Parametersatz lediglich ein kurzer Reparaturvorgang beziehungsweise ein Bearbeitungsmerkmal mit einer entsprechenden Handlungsweise zugewiesen wird. Dies stellt aber lediglich eine Grenzbetrachtung dar und soll unterstreichen, dass an dieser Stelle bei der Zuordnung zu dem Kennfeld durchaus alle Werte des Kennfeldes mit einbezogen sind. In einem komplexen Bearbeitungsumfeld ist es also möglich, eine höchst individuelle Zuordnung in Form der adäquaten Abarbeitungsstrategie zu gewährleisten. Durch die genaue Kenntnis über beispielsweise die nötige Menge an Polierpaste ist ein ressourcenschonendes und damit kostengünstiges Verfahren möglich. Die Lösung kann dabei beispielsweise in jeder Fahrzeuglackiererei eingesetzt werden. Allgemein kann die Lösung aber auch in jedem Prozess eingesetzt werden, in dem Fehlstellen detektiert und abgearbeitet werden können. Diese kennfeldgeführte beispielsweise robotergestützte Abarbeitung von automatisch detektierten Oberflächenfehlern auf Werkstücken ist besonders effizient und somit kostengünstig. Auch wird auf diese Weise kein unnötiger Aufwand betrieben, wie es beispielsweise bei der Methode der Fehlstellklassifizierung aufgrund von Fehleinschätzung oder einer zu groben Klassifizierung eintreten kann.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
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So ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Kennfeld in Schritt 0 mit zumindest vier Bearbeitungsmerkmalen zur Fehlerstellenbearbeitung mittels einer Reparaturvorrichtung ermittelt wird. Auf diese Weise lässt sich eine noch präzisere Zuordnung der Fehlstellen durchführen.
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In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kennfeld zumindest die folgenden Bearbeitungsmerkmale umfasst: Bearbeitungszeit, Druck, Polierpastenmenge, Drehzahl einer Bearbeitungsmaschine. Wenn die Ausprägung beziehungsweise die entsprechenden Werte dieser Bearbeitungsmerkmale bekannt sind und einer entsprechenden Fehlstelle zugeordnet werden, ist ein besonders effizientes und kostengünstiges Verfahren möglich.
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Auch ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das zumindest eine detektierte Merkmal der Fehlstelle ein konvexer oder konkaver Fehler in einer Oberflächenstruktur der Werkstückoberfläche ist. Für diese Art von Fehlern ist eine besondere Aufmerksamkeit gewünscht, da diese Fehler häufig auftreten und als besonders störend empfunden werden.
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Des Weiteren ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Ausrichten über der zumindest einen Fehlstelle eine orthogonale Ausrichtung der Reparaturvorrichtung über der zumindest einen Fehlstelle ist. Somit ist eine direkte und effiziente Nachbearbeitung möglich. Zudem ist somit eine automatische Nachbearbeitung besonders gut durchzuführen.
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Auch ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Reparaturvorrichtung zumindest einen Roboter umfasst, wobei der zumindest eine Roboter zumindest ausgebildet ist, eine automatisierte Abarbeitung, insbesondere Schleifen und Polieren, von Fehlstellen in der Werkstückoberfläche durchzuführen. Roboter können diese automatische Nachbearbeitung besonders gut und zuverlässig durchführen.
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In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fehlstellen in der Werkstückoberfläche Lackfehlstellen sind. Lackfehlstellen sind häufig nach außen hin sichtbar, was in einem späteren Anwendungsfall als störend empfunden wird. Somit ist es hier besonders wünschenswert, eine automatische und zuverlässige Arbeitsroutine bereitzustellen.
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Ferner ist in einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Werkstückoberfläche eine Oberfläche von einer lackierten Karossiere von einem Fahrzeug ist. Insbesondere bei Fahrzeugen ist eine fehlerfreie Lackoberfläche als unbedingt notwendig anzusehen.
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Des Weiteren ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Inspektionsvorrichtung, die Reparaturvorrichtung und die Datenverarbeitungsanlage über eine Steuerschnittstelle miteinander verbunden sind. Somit hat ein Benutzer noch bessere Möglichkeiten, die einzelnen innerhalb des Verfahrens zu verwendenden Komponenten zu bedienen, bevor dann eine automatische Routine gestartet wird. Auch während der automatisierten Nachbearbeitung ist somit eine besonders effiziente Arbeitsweise möglich.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Flussdiagramm des vorgestellten Verfahrens;
- 2 ein Diagramm, welches die Zuordnung einer Fehlstelle in ein Kennfeld darstellt.
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1 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm, welches eine Schrittsequenz von dem vorgestellten Verfahren zur automatischen Detektion von Fehlstellen und Abarbeitung von diesen Fehlstellen in einer Werkstückoberfläche zeigt.
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Nach dem Starten wird zunächst ein Kennfeld mit zumindest drei Bearbeitungsmerkmalen zur Fehlerstellenbearbeitung mittels einer Reparaturvorrichtung erstellt. Hierzu können bereits vorhandene Informationen bereitgestellt werden, so dass letztendlich eine individuelle Anpassung je nach Einsatz des Verfahrens zuverlässig ermöglicht wird. Es können auch mehr als drei Bearbeitungsmerkmale in dem Kennfeld vorhanden sein. Das Kennfeld weist dabei alle in einem Koordinatensystem zu erwartenden Werte auf. Dies geschieht in Schritt 0, gekennzeichnet mit dem Bezugszeichen 9. Im 1. Schritt 10 wird dann eine automatische Oberflächeninspektion mittels einer Inspektionsvorrichtung durchgeführt. Derartige automatische Inspektionsvorrichtungen sind im Stand der Technik bereits als bekannt zu entnehmen. Jegliche Inspektionsvorrichtungen, welche geeignet sind, Fehlstellen sehr detailliert und beispielsweise hinsichtlich der Ausprägung einer konkaven oder einer konvexen Fehlstelle zu beschreiben, können dabei eingesetzt werden.
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Im 2. Schritt 12 erfolgt im Falle einer vorhandenen Fehlstelle in der Oberfläche des Werkstückes, beispielsweise eine Lackfehlstelle im Falle einer lackierten Oberfläche, eine Detektion sowie eine Lokalisierung mittels der Inspektionsvorrichtung. Die dabei zu verwendeten Techniken sind ebenfalls im Stand der Technik hinlänglich bekannt und reichen von bildgebenden Verfahren bis zu sensorgestützten Erfassungssystemen. Für das vorliegende Verfahren ist an dieser Stelle keine besondere Einschränkung hinsichtlich dieser eingesetzten Technologie vorgesehen, solange die entsprechenden Informationen für die weitere Schrittsequenz in ausreichendem Maße erhoben werden kann.
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Im 3. Schritt 14 wird die Fehlstelle charakterisiert. Dabei wird ein Parametersatz aus zumindest einem detektierten Merkmal der Fehlstelle, welches die zumindest eine Fehlstelle individuell charakterisiert, ermittelt. Es kann somit auch mehr als ein Merkmal detektiert beziehungsweise festgestellt werden. Je nachdem, welche Eigenschaften die Werkstückoberfläche in einem fehlerfreien Endzustand aufweisen soll, können die entsprechenden Merkmale der Fehlstelle festgelegt werden, die es gilt zu detektieren und in dem Parametersatz zu hinterlegen.
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Im 4. Schritt 16 wird die Fehlstelle und der dazugehörige Parametersatz in einer Datenverarbeitungsanlage gespeichert. Dazu gehören alle relevanten Informationen, die es erlauben, spätere Arbeitsschritte effizient durchzuführen. Insofern werden beispielsweise unter anderem Informationen über die genaue Lage der Fehlstelle auf der beziehungsweise in der Werkstückoberfläche genauso abgespeichert, wie sämtliche relevanten Informationen, welche es erlauben, in einem späteren Arbeitsschritt diesen Parametersatz individuell in einem Kennfeld einer individuellen Position zuzuordnen.
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Im 5. Schritt 18 wird eine Abarbeitungsroutine zur Bearbeitung der zumindest einen Fehlstelle gestartet, indem eine Abfrageroutine in der Datenverarbeitungsanlage, ob zumindest eine Fehlstelle vorliegt, durchgeführt wird.
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Im 6. Schritt 22 wird der Parametersatz zu einer individuellen Position in dem Kennfeld zugeordnet. Wie bereits zuvor erwähnt, sind viele individuelle Positionen in dem Kennfeld vorstellbar. In extremen Fällen kann es somit auch vorkommen, dass zwei der drei Bearbeitungsmerkmale jeweils den Wert Null aufweisen. Dies kann beispielsweise etwa der Fall sein, wenn ein Defekt lediglich im Zusammenhang mit der Beseitigung von Dreck auf der Oberfläche steht. Hierzu würde also eventuell keine zusätzliche Polierpaste benötigt werden, so dass dieser Wert beispielsweise dann auf Null in dem Kennfeld festgelegt wäre. Auch diese Zuweisung unterstreicht die höchst individuelle Zuordnung mittels des vorgestellten Verfahrens. Der 6. Schritt 22 kann auch als Festlegen einer Abarbeitungsstrategie verstanden werden. Je nachdem, welche Ausprägung die detektierte Fehlstelle aufweist, wird individuell und sehr präzise diese in ein Bearbeitungskennfeld mit einer individuellen Position verknüpft. Eine sehr genaue und individuelle Bearbeitungsstrategie mit einem entsprechenden Bündel an Bearbeitungsmaßnahmen liegt somit nach diesen Schritten vor. Hier findet also keine grobe Klassifizierung von verschiedenen Fehlstellen statt, sondern jeder individuellen Fehlstelle wird eine exakte Position in dem Kennfeld und somit eine konkrete Fehlerbehebungsstrategie mit konkret festgelegten Bearbeitungsmerkmalen zugeordnet. Diese Bearbeitungsmerkmale können beispielsweise die Bearbeitungszeit, der Anpressdruck, die Menge der zu verwendenden Polierpaste und die Drehzahl der Maschine sein. Denkbar wären je nach Anwendungsfall noch weitere Bearbeitungsmerkmale. Das Verfahren lässt sich an dieser Stelle individuell an den jeweiligen Anwendungsfall individuell anpassen.
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Im 7. Schritt 24 wird die Fehlstelle mit der Reparaturvorrichtung angefahren. Mit anderen Worten wird die Reparaturvorrichtung derart bewegt, dass sie sich letztendlich bei der Fehlstelle befindet.
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Die Auswahl einer automatisierten Reparaturvorrichtung ist dabei nicht nennenswert in diesem vorliegenden Verfahren beschränkt. Beispielsweise kann diese Reparaturvorrichtung mittels eines für diese Zwecke handelsüblichen Roboters unterstützt werden. Jegliche individuelle Anpassung einer derartigen Reparaturvorrichtung ist denkbar, solange dabei die Automatisierung gewährleistet ist. Die Reparaturvorrichtung ist selbstverständlich mit der Datenverarbeitungsanlage und der Inspektionsvorrichtung mit standardmäßigen Komponenten verbunden. Das Verfahren setzt dabei auf die im Stand der Technik üblichen Mittel, welche generell bei einer Automatisierung von Fertigungsprozessen beziehungsweise allgemein von jeglichen Industrieprozessen, insbesondere von Nachbesserungsprozessen, zum Einsatz kommen.
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Im 8. Schritt 26 wird die Reparaturvorrichtung über der Fehlstelle ausgerichtet. Beispielsweise kann es sich dabei um eine orthogonale Ausrichtung der Werkzeuge beziehungsweise allgemein der Reparaturvorrichtung über der Fehlstelle handeln.
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Im 9. Schritt 28 wird die Fehlstelle gemäß der individuellen Position in dem Kennfeld und den mit dieser Position verbundenen Bearbeitungsmerkmalen bearbeitet. Insofern wird hier direkt und unmittelbar mit der Behebung der Fehlstelle begonnen, da die für diesen Vorgang nötigen Informationen in ausreichender Detailtiefe über die Position in dem Kennfeld bereits vorliegen. Somit entfallen die Bewertungsschritte über mögliche Reparaturmaßnahmen, wie sie zunächst bei einer Klassifizierung von Fehlstellen anfallen würden. Insbesondere entfallen Entscheidungen über die Art und Weise und in welcher Form allgemeine Bearbeitungsmerkmale durchzuführen sind.
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Über das Kennfeld sind zudem, wenn nötig, mehr als ein Bearbeitungsprozess ableitbar.
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Im 10. Schritt 30 wird eine erneute Abfrageroutine in der Datenverarbeitungsanlage, ob zumindest eine weitere Fehlstelle vorliegt, durchgeführt. Wenn diese Abfrage mit einem „Ja“ belegt ist, geht es mit dem 5. Schritt 18 entsprechend weiter, ansonsten wird die Abarbeitungsroutine beendet. Diese Form der Iteration der vorliegenden Arbeitsschritte kommt insbesondere dann zum Tragen, wenn mittels der Inspektionsvorrichtung in den ersten beiden Schritten 10 und 12 mehr als eine Fehlstelle detektiert und lokalisiert wird.
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2 zeigt ein Diagramm, welches die Zuordnung einer Fehlstelle in ein Kennfeld darstellt. Dieses Beispiel zeigt ein dreidimensionales Kennfeld, welches auf 2D mittels Isographen für die Fehlergröße reduziert ist. Es ist der Anpressdruck P über der Bearbeitungszeit T dargestellt.
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So kann beispielsweise eine Fehlergröße 1,75 einer Höhe von -3,5 zugeordnet werden. Mit der entsprechenden Fehlergröße d = 1, d = 1,5, d = 2 sind außerdem weitere, in diesem Diagramm nicht weiter aufgeschlüsselte, Bearbeitungsmerkmale des Kennfelds verbunden. Mit einer entsprechenden Datenverarbeitungsanlage lassen sich somit zu jeder individuellen Fehlstelle präzise eindeutige Bearbeitungsmerkmale zuordnen, so dass bei der Nachbearbeitung höchstindividuell jede Fehlstelle optimal bearbeitet werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 9
- Schritt 0 - Erstellen eines Kennfeldes
- 10
- 1. Schritt - automatische Oberflächeninspektion
- 12
- 2. Schritt - Fehlstellen detektieren und lokalisieren
- 14
- 3. Schritt - Fehlstellen charakterisieren
- 16
- 4. Schritt - speichern in Datenbank
- 18
- 5. Schritt - Abarbeitung; Fehlstelleninfo aus Datenbank holen
- 22
- 6. Schritt - Zuordnung Parametersatz, Abarbeitungsstrategie festlegen (Zuordnung zum Kennfeld)
- 24
- 7. Schritt - Fehlstelle anfahren
- 26
- 8. Schritt - orthogonale Ausrichtung der Werkzeuge über Fehlstelle
- 28
- 9. Schritt - Fehlstelle bearbeiten
- 30
- 10. Schritt - Abfrage Fehlerbearbeitung
- P
- Anpressdruck
- T
- Bearbeitungszeit
- d
- Fehlergröße
- h
- Höhe
