Behebung von Dichtheitsproblemen an Autotürbaugruppen
Scanning and Inspection Pty wendet sich an PolyWorks® und analysiert die Beziehung zwischen dem Türrahmen und der Karosserie in weniger als einer Stunde.
Die Hersteller wissen, wenn etwas schiefläuft, aber herauszufinden, warum das so ist, ist oft ein sehr viel aufwändigerer Prozess. Die anschließenden Ermittlungen verschlingen Zeit, Geld und Ressourcen. Selbst wenn das Problem schließlich erkannt wurde, ist die Durchführung quantifizierter Anpassungen eine weitere Etappe auf dem Weg zur Behebung. Manchmal weicht das hergestellte Teil von dem entworfenen Teil ab, oder es weicht davon ab, wie es sein sollte oder wie es in der Vergangenheit gewesen ist, aber um wie viel, wo und in welche Richtung? Für einen großen australischen Automobilhersteller war es eine Priorität, die Ursache für Undichtheiten an den Türbaugruppen zu finden.
ModelMaker Z70 montiert auf einem FaroArm
Die Herausforderung
Ein Automobilhersteller erlebte kürzlich eines dieser unvermeidlichen Produktionsszenarien. Bei bestimmten von ihnen hergestellten und montierten Dichtungen für Fahrgastraumtüren kam es zu Abweichungen bei der Ausrichtung. Es war offensichtlich, dass bestimmte Autos, die während eines bestimmten Abschnitts der Autoproduktion hergestellt worden waren, wie erwartet waren, die Türen und Dichtungen reihten sich nahtlos an den Rest der Karosserie an. Bei denjenigen, die erst später vom Band liefen, traten jedoch während der Testphase Wasserlecks auf. Die erste Aufgabe bestand darin, die Stelle zu lokalisieren, an der das Wasser eingedrungen war, aber die aufwändigere Analyse betraf das Verhältnis zwischen dem Türrahmen und der Karosserie. Doch herauszufinden, was anders war als bei den Fahrzeugen, die kein Leck aufwiesen, und zu bestimmen, um wie viel, wo und in welche Richtung, stellte eine Reihe von Herausforderungen dar.
Wenn eine Charge der Automobilbaugruppen aus der Produktion kam und keine Probleme mit Undichtigkeiten aufwies, während andere, die zu einem späteren Zeitpunkt hergestellt wurden, undicht waren, dann müssen sie sich irgendwie in ihrer Struktur unterscheiden. Wie unterscheidet sich die problematische Türrahmenbaugruppe von ihrem Gegenstück im „guten Auto“? Um zu erfahren, welche Änderungen während der Produktion vorgenommen werden müssen, muss der Kunde in der Lage sein, die Abweichung zu quantifizieren. Das Verhältnis und die Abweichungen zwischen „guten“ und „schlechten“ Türrahmen müssen bewertet werden. Es wurde eine detaillierte vergleichende Analyse erstellt, die dank der neuesten Laserscanning-Technologie und der PolyWorks-Software-Suite innerhalb weniger Stunden durchgeführt werden konnte.
Die Lösung
Datenerfassung
Zur schnellen und effizienten Erfassung der Oberflächeninformationen setzten die Spezialisten von Scanning and Inspection einen an einem Gelenkarm montierten Laserscanner ein. Als Laserscanner kam der ModelMaker Z70 zum Einsatz, ein hochwertiger Scanner, der eine Oberfläche mit einer bemerkenswerten Dichte von 0,05 mm x 0,05 mm digitalisieren kann, das sind rund 400 Punkte pro Quadratmillimeter. Das Ergebnis ist eine realistische, vollständige, digitale 3D-Darstellung des Teils, eine Fülle von Daten, die nur darauf warten, in nützliche Informationen umgewandelt zu werden. Der Scanner bezieht seine 3D-Referenz von einem tragbaren KMG, in diesem Fall einem Platinum FaroArm, der je nach Größe eine Wiederholgenauigkeit von ±0,051 mm aufweist. Der FaroArm und der MMZ70 Laserscanner wurden dank eines Schwerlaststativs auf Rädern vor Ort in Position gebracht, so dass die Hardware bequem neben den betreffenden Autotüren aufgestellt werden konnte. Die Erfassung der erforderlichen Oberflächendaten dauerte nur wenige Minuten pro Auto.
Der PolyWorks-Prozess
Sobald die Scandaten erfasst waren, begann die Nachbearbeitungsphase der Analyse. Mit Hilfe von PolyWorks glichen die Spezialisten von Scanning and Inspection Pty Ltd. die Laserscandaten des „undichten“ Fahrzeugs virtuell mit denen des „guten“ Fahrzeugs ab und führten erweiterte Mess- und Vergleichsanalysen durch. Bevor jedoch die vergleichenden Analysen durchgeführt werden konnten, musste eine Reihe von Punktwolkenmanipulationen in PolyWorks vorgenommen werden.
Datenerfassung
Verfeinerung der Scan-Ausrichtung
Während der Datenerfassungsphase des Auftrags wurden mehrere Scandurchgänge durchgeführt. Jedes Scanfeld wird automatisch mit der nativen Ausrichtungstechnologie des Gelenkarms ausgerichtet, die den räumlichen Bezug für die wechselnde Position des Laserscanners herstellt. Die meisten der vom Laserscanner erfassten Punktwolken „sitzen“ auf anderen, die bereits bei anderen Durchgängen des Scanners erfasst wurden. Bestimmte Teile des Werkstücks werden daher mehr als einmal gemessen. Diese Bereiche mit mehrschichtigen Daten werden als Überschneidungsbereiche bezeichnet.
Um die vom mobilen KMG erhaltene ausgerichtete Punktwolke zu verfeinern, verwendet das PolyWorks IMAlign-Modul diese Überlappungsbereiche, um alle Scans neu auszurichten. Zunächst wurde eine Abweichungsanalyse für die ausgerichtete Punktwolke durchgeführt. PolyWorks berechnet automatisch die durchschnittlichen Abstände zwischen den einzelnen überlappenden Scans und zeigt eine Farbe an, die einen Abweichungswert darstellt. Auf einen Blick kann der Benutzer erkennen, welche Scans außerhalb der Toleranz liegen und durch Neuausrichtung verbessert werden können.
Anschließend wurde mit Hilfe der PolyWorks-„Best-Fit“-Ausrichtungstechnologie eine Neuausrichtung durchgeführt. Um ein „Gleiten“ zwischen Flecken in derselben Nachbarschaft zu verhindern, werden für jeden Scan automatisch acht Kontrollpunkte gesetzt, die die Freiheitsgrade einschränken. Diese Funktion unterscheidet PolyWorks von anderen Lösungen für die Scan-Ausrichtung, bei denen es häufig zu Problemen mit dem Gleiten während der Scan-Ausrichtung kommt. Nach der eingeschränkten Best-Fit-Ausrichtung wird eine neue Abweichungsanalyse berechnet und eine Farbkarte angezeigt.
Der letzte Schritt besteht in der Erstellung eines einschichtigen Punktwolkenmodells durch intelligente Mittelung aller überlappenden Scans mithilfe der PolyWorks-Technologie „Überlappung reduzieren“. Die daraus resultierende Punktwolke kann nun in eine Oberfläche umgewandelt werden, die für weitere Analysen wie Tür-zu-Tür-Vergleiche verwendet wird. Die Scanning-Methode war für die „undichten“ und die „guten“ Autos gleich. Alle peripheren Verkleidungen wurden von den Fenster- und Türrahmen entfernt, so dass nur noch die nachträglich hergestellten Stahlbauteile sichtbar waren. Die Türen waren während der Datenerfassung geschlossen und die relevanten Bereiche der undichten Dichtungen wurden mit dem MMZ70-Laser gescannt.
Während der Laserstreifen über die Oberfläche bewegt wird und dabei Zehntausende von 3D-Punkten pro Sekunde sammelt, erscheint die spätere Oberfläche sofort auf dem Computerbildschirm. Dank der Möglichkeiten dieser Echtzeit-Punktwolken-Oberflächendarstellung konnten Bereiche, die übersehen wurden oder noch gescannt werden mussten, zum Zeitpunkt der Messung identifiziert und folglich berücksichtigt werden.
Erstellen eines digitalisierten Polygonmodells
Erstellen eines digitalisierten Polygonmodells
Um die Oberflächen der „guten“ und „schlechten“ Türzargen vergleichen zu können, musste Scanning and Inspection die Punktwolken in eine Oberfläche umwandeln. PolyWorks konvertierte die zig Millionen Punkte aus der Punktwolke im Handumdrehen in ein trianguliertes Netz. Die Software nutzte jeden der Punkte als Knotenpunkt für die Millionen von winzigen Dreiecken, die sie konstruierte.
Um die verschiedenen Formen des gescannten Objekts genau zu beschreiben, verwendet PolyWorks weniger Dreiecke für die gleichmäßigeren Abschnitte der Autooberfläche und mehr Dreiecke, wenn die Konturierung komplexer wird, und zwar auf der Grundlage der vom Benutzer festgelegten Toleranzwerte. Die Parameter Nächster Nachbar und Suchabstand werden ebenfalls vor der Konvertierung festgelegt, um die triangulierte Oberfläche zu erstellen und das inhärente Rauschen des Digitalisierers auf ein Minimum zu reduzieren.
Vergleiche von Tür zu Tür
Die beiden neu triangulierten und optimierten Laserscandatensätze wurden mithilfe einer komplexen Reihe von mathematischen Berechnungen nach dem Prinzip der „kleinsten Quadrate“ und einer Oberflächenanalyse übereinander gelegt und mit der PolyWorks Best-Fit-Ausrichtungstechnologie ausgerichtet. PolyWorks entwickelte dann ein farbkodiertes Verteilungsmuster, das den Vergleich der beiden Baugruppen hervorhebt. Anhand der daraus resultierenden Farbfehlerkarte lassen sich leicht Muster erkennen, die Aufschluss darüber geben, wie sich die „schlechte“ Autotür, bei der Undichtheiten auftreten, zu der „guten“ Autotür verhält.
Die B-Säule und die unteren Bereiche der Türen weisen eine hellgrüne (fast aquatische) Farbe auf, die eine Abweichung von weniger als ±0,5 mm zwischen den beiden Türsätzen anzeigt. Andere Bereiche, wie z. B. der Stahlfensterrahmen, der mit der Tür verschweißt ist, sind grün dargestellt, was einer Abweichung von ±1 – 2 mm entspricht. Der orangefarbene Bereich, der sich am Fahrgestell des Fahrzeugs befindet, zeigt ebenfalls eine Abweichung von ±1 – 2 mm an.
Mit anderen Worten: Wenn die B-Säulen der beiden Fahrzeuge mit einer Genauigkeit von 0,5 mm ausgerichtet waren, lagen die Fensterrahmen des undichten Fahrzeugs zwischen 0,5 mm und 2 mm unter denen des nicht undichten Fahrzeugs, ein Abstand, der mit Sicherheit groß genug ist, um Wasser durchzulassen.
Die Vorteile
Die Ingenieure von Scanning and Inspection stellten fest, dass es viel einfacher wäre, die Schweißnähte, die für die Position des Türrahmens verantwortlich sind, zu ändern, als das Fahrgestell in irgendeiner Weise anzupassen. Die Schweißnaht an der Stelle, an der der Fensterrahmen auf die Tür trifft, wurde so angepasst, dass der Rahmen nicht mehr so tief sitzt (im Vergleich zu der Tür, die nicht undicht war).
Der gesamte PolyWorks-Inspektionsprozess wurde in weniger als 1 Stunde durchgeführt.
Die aus der Untersuchung gezogenen Schlussfolgerungen konzentrierten sich hauptsächlich auf den Fensterrahmen des Fahrzeugs, genauer gesagt auf die Art und Weise, wie dieser mit der Haupttürbaugruppe verschweißt war. Die Schweißarbeiten wurden entsprechend angepasst, um sicherzustellen, dass der Fensterrahmen nicht mehr zu weit innerhalb seiner idealen Position liegt, wie es im ursprünglichen CAD-Entwurf vorgesehen war.
Die Genauigkeit und Flexibilität des FaroArm und des MMZ70-Laserscanners in Kombination mit der erstklassigen PolyWorks-Software ermöglichten es diesem Automobilhersteller, seine Produkte zu optimieren:
- Schnelles Erkennen der Quelle des Dichtheitsproblem
- Genaue Messung der physischen Abweichung von „schlechten“ Autotürbaugruppen im Vergleich zu „guten“ (um wie viel, wo und in welche Richtung)
- Ändern Sie den Montageprozess, indem Sie die Schweißnaht an der Stelle, an der der Fensterrahmen auf die Tür trifft, anpassen
- Führen Sie den gesamten Inspektionsprozess in weniger als 1 Stunde durch
