RoKtoLas - Robotergeführte, scannerbasierte optische Kohärenztomographie für das Remote-Laserstrahlschweißen zur Flexibilisierung von Prozessketten im Karosseriebau

Anhand eines neuartigen Sensorikkonzepts soll das Remote-Laserstrahlschweißen für den großflächigen Einsatz im automobilen Karosseriebau befähigt werden. Hierzu werden im Rahmen des Verbundprojekts RoKtoLas hochflexible Produktionsanlagen für die Anwendung im Karosseriebau erforscht.

Innovationssprung für den automobilen Karosseriebau

Um die steigende Variantenvielfalt aufgrund der zunehmenden Elektrifizierung sowie die immer schneller werdenden Innovations- und Produktlebenszyklen beherrschen zu können, wird im Rahmen von RoKtoLas ein Innovationssprung im automobilen Karosseriebau angestrebt. Dieser soll durch eine Technologiesubstitution im Bereich der Fügetechnik realisiert werden, wobei das konventionelle Widerstandspunktschweißen durch das Remote-Laserstrahlschweißen ersetzt werden soll.

Im Mittelpunkt des Vorhabens steht eine optische Sensoreinheit, die erstmals eine ganzheitliche und universelle Prozessbeobachtung in Echtzeit ermöglichen wird. Daneben bilden eine angepasste Bauteilkonstruktion sowie eine roboterbasierte Spanntechnologie die Kernbestandteile für den Aufbau hochflexibler Produktionsanlagen im Karosseriebau.

Optische Kohärenztomographie - ein universelles und innovatives Sensorikkonzept für das Remote-Laserstrahlschweißen

Das Sensorsystem auf Basis der optischen Kohärenztomographie (OCT) bildet den Kern des Lösungsansatzes zur Flexibilisierung des automobilen Karosseriebaus. Das OCT-System erlaubt eine umfangreiche Generierung von Prozessdaten im Bereich der Fügezone. Aufgrund des Messprinzips, das auf einem Interferometer-Aufbau basiert, können weitgehend unabhängig von Prozessemissionen die Nahtlage, die Einschweißtiefe sowie die Nahttopographie bestimmt werden. Damit kann sowohl eine dynamische Nahtverfolgung, eine Echtzeit-Prozessregelung sowie eine umfangreiche Qualitätssicherung in einem System vereint werden.

Remote-Laserstrahlschweißen für die flexible Fertigung in der Elektromobilität

Konventionelle Fügeverfahren im Karosseriebau schränken die Bauteilkonstruktion aufgrund der starren Geometrie der verwendeten Spannvorrichtungen stark ein. Das Remote-Laserstrahlschweißen hingegen stellt sehr viel geringere Anforderungen an die Zugänglichkeit der Fügestelle und erlaubt damit eine belastungsgerechtere Bauteilauslegung. Durch eine angepasste Bauteilkonstruktion kann zudem ein vorrichtungsloses Fügen ermöglicht werden. Dazu wird im Rahmen des Projekts eine roboterbasierte Spanntechnologie konzipiert und entwickelt. Die Spannsituation kann auf Grundlage der Daten des optischen Sensors beurteilt und mittels aktiven Greifern angepasst werden. Zur Beherrschung von Toleranzen und einer effizienten Nutzung der Vielzahl an Freiheitsgraden der neuartigen Spanntechnologie soll eine intelligente Bauteilpositionierung durch Methoden des maschinellen Lernens erarbeitet werden.

Zusammenfassend ermöglicht das neue optische Sensorikkonzept eine umfangreiche Prozessdatengenerierung im Sinne der vernetzten Produktion und stellt somit die Voraussetzung für die Umsetzung einer hochflexiblen Fertigung dar. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen am Ende des Projekts durch einen Funktionsdemonstrator einer flexiblen Fertigungszelle zusammengeführt werden.

Danksagung

Das vorgestellte Vorhaben wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) unter dem Förderkennzeichen 13N14555 gefördert und vom VDI Technologiezentrum (VDI TZ) betreut. Wir danken dem BMBF sowie dem VDI TZ für die gute und vertrauensvolle Zusammenarbeit.

Veröffentlichungen

Ausgewählte Publikationen
2018Inline Weld Depth Measurement for High Brilliance Laser Beam Sources using Optical Coherence Tomography (ICALEO 2018)
Process Control and Quality Assurance in Remote Laser Beam Welding by Optical Coherence Tomography (ICALEO 2018)
Roboterbasierte Spanntechnologie ermöglicht individuelles Fügen: Hochflexibel gefügte Karosserien im Automobilbau der Zukunft (Pressemitteilung, TUM)
Highly flexible remote laser beam welding for the car body production of the future (Automotive Technology in Bavaria + e-Car)
Hochflexibles Remote-Laserstrahlschweißen für den Karosseriebau der Zukunft (Automobiltechnologie in Bayern + e-Car)
2017Projektsteckbrief (Photonik Forschung Deutschland)
Die nächste Stufe für OCT im Remote-Laserstrahlschweißen: Forschungsprojekt Photonik für die flexible, vernetzte Produktion (Pressemeitteilung, Blackbird Robotersysteme)
Flexibles Remote-Laserstrahlschweißen für den Karosseriebau (Newsletter iwb)
Info:
Projektdetails
Laufzeit 09/2017 - 08/2020
Projektpartner BMW AG, Blackbird Robotersysteme GmbH, Precitec GmbH & Co. KG, Emil Bucher GmbH, applicationtechnology GmbH & Co. KG, Technische Universität München (Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften), Coherent GmbH (Assoziierter Partner)
Förderer Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) - Förderinitiative „Photonik für die flexible, vernetzte Produktion – Optische Sensorik“
Projektträger VDI Technologiezentrum