Kann Computertomographie die Entwicklung von Autos beschleunigen?

Wolfgang Holub konzipiert am Fraunhofer-Entwicklungszentrum Röntgentechnik Robotersysteme, die Fahrzeuge computertomografisch untersuchen können. Für diese Innovation erhielten er und sein Team in diesem Jahr den Anwenderpreis der Deutschen Gesellschaft für zerstörungsfreie Prüfung. #WeKnowHow

 

© Fraunhofer IIS/Paul Pulkert
Bei der RoboCT führen bewegliche Roboterarme die Comutertomographie durch.

Jahr für Jahr werden in der Automobilproduktion hunderte nagelneue Karosserien mit Stemmeisen aufgebrochen, um die Verarbeitung von Schweiß- und Klebeverbindungen sowie von Schrauben und Nieten zu prüfen. Wolfgang Holub hat das Ziel, diese aufwendige Prozedur durch ein smartes Röntgenverfahren zu ersetzen: die RoboCT, bei der synchron arbeitende, bewegliche Roboterarme eine Computertomographie durchführen.

Bei der industriellen Computertomographie sind die Röntgenquelle und der Detektor normalerweise fest installiert, während sich das Objekt auf einem Teller langsam dreht. Während der Drehung werden aus unterschiedlichen Perspektiven Röntgenaufnahmen gemacht, aus denen später ein 3D-Modell berechnet wird. In dieser statischen Versuchsanordnung sind Auflösungen im Bereich von wenigen Mikrometern möglich. Will man größere Objekte, wie zum Beispiel Autos, röntgentechnisch untersuchen, benötigt man sehr große, extrem teure Anlagen.

Wie kreisen Röntgenquelle und Detektor um das Objekt?

© Fraunhofer IIS
Rund 13 Jahre Entwicklungsarbeit stecken in der Technologie, die ursprünglich insbesondere für Prüfaufgaben in der Luft-und Raumfahrt entwickelt wurde, beispielsweise für die Untersuchung ganzer Tragflächen auf Fehlstellen.

»Die Automobilhersteller benötigen häufig nur das CT eines ganz bestimmten Fahrzeugteils«, erklärt Wolfgang Holub. »Für diese Fragestellungen ist die RoboCT hervorragend geeignet.« Die Idee dazu entstand am EZRT bereits 2005. Um CTs von Flugzeugflügeln aufzunehmen, wollte man Röntgenquelle und Detektor mithilfe von Roboterarmen um das Objekt kreisen lassen. Ein ambitioniertes Vorhaben, das 2015 in Kooperation mit einem Luftfahrtzulieferer an dem Außenflügel eines Business Jets gelang.    

Was sich einfach anhört, ist in der Praxis schwer umzusetzen. Denn bei der RoboCT müssen sich die Röntgenquelle und der Detektor immer exakt gegenüberstehen, während sie um das Objekt rotieren. »Die besten Industrieroboter sind nur in einem Bereich von einem Millimeter genau«, verdeutlicht Holub. Für eine CT benötigt man aber eine Genauigkeit von mindestens zehn Mikrometern. Um trotzdem scharfe Bilder zu bekommen, nutzt das Team von Wolfgang Holub die Geometrie-Kalibrierung. Dabei wird von den Robotern ein Kalibrier-Objekt aus verschiedenen Richtungen aufgenommen. Aus diesen Daten kann man die Ungenauigkeit der Anlage berechnen und damit den Fehler bei der richtigen Messung ausgleichen.

Wozu nutzt BMW die RoboCT?

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Untersucht werden nicht nur die Klebe- und Schweißverbindungen, sondern auch Korrosion, der Sitz von Dichtungen oder die Lage von Kabelsträngen im Dachhimmel.

BMW ist von RoboCT bereits so überzeugt, dass mittlerweile zwei Anlagen in Betrieb sind. Eine im Forschungs- und Innovationsszentrum FIZ in München, wo die RoboCT im Pilotwerk die handgefertigten Prototypen der zukünftigen Modelle untersucht. Die andere Anlage steht im Erprobungszentrum Eching, wo sich BMWs Erlkönige unter widrigsten Bedingungen beweisen müssen. Untersucht werden nicht nur die Klebe- und Schweißverbindungen, sondern auch Korrosion, der Sitz von Dichtungen oder die Lage von Kabelsträngen im Dachhimmel. »Da die CT-Befunde wesentlich schneller vorliegen als die Ergebnisse einer klassischen Demontage, können Automobilbauer durch RoboCT ihre Entwicklungszeiten deutlich verkürzen«, betont Holub.

Zurzeit müssen die Anlagen noch von speziell ausgebildeten Experten gesteuert werden. Das RoboCT-Team arbeitet aber schon intensiv an einer vereinfachten Bedienung – mithilfe eines digitalen Zwillings der Anlagen, in den man die CAD-Daten des zu prüfenden Pkw einpflegen kann. Dann steht der breiten Anwendung in der Produktion nichts mehr im Wege und die Stemmeisen zur Demontage der Karosserien haben ausgedient.

Beitrag von Christine Broll

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