RoKtoLas

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

Remote-Laserstrahlschweißen für die flexible Fertigung in der Elektromobilität

Das gemeinsame Ziel der Bundesregierung und der Nationalen Plattform Elektromobilität (NPE) lautet, bis zum Jahr 2020 eine Million Elektrofahrzeuge in Deutschland zuzulassen. Bis Ende 2015 wurden auf nationaler Ebene lediglich 19.000 reinelektrische Fahrzeuge zugelassen. Als Hauptgründe für die geringe Verbreitung werden neben der unzureichenden Infrastruktur vor allem ein mangelndes Angebot an Fahrzeugmodellen, der hohe Anschaffungspreis und die geringe Reichweite angeführt. Starre Produktionsstrukturen lassen es häufig nicht zu, kosteneffizient flexible Stückzahlen neuer Fahrzeugkonzepte herzustellen. Weiterhin ist das Leichtbaupotenzial durch Limitationen der eingesetzten Fügetechnologien nicht ausreichend ausgeschöpft. Der Einsatz des Remote-Laserstahlschweißens als Erfolg versprechende Produktionstechnologie erlaubt es, diesen Defiziten entgegenzuwirken. Infolge der hohen Werkstoffvielfalt, der großen Freiheitsgrade bei der Prozessführung und der geringen Anforderungen an die Zugänglichkeit der Fügestelle kann ein hoher Grad an Flexibilität in der Produktion realisiert werden.

Die Fördermaßnahme Photonik für die flexible, vernetzte Produktion – Optische Sensorik des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) bietet hierbei die ideale Plattform für ein anwendungsbezogenes Forschungsprojekt, dessen Ergebnisse einen erheblichen Entwicklungssprung innerhalb des Remote-Laserstrahlschweißens bedeuten. Damit stellen sie einen wichtigen Baustein zum langfristigen Erfolg der Elektromobilität bereit. Die in der Ausschreibung adressierte neuartige Sensorik zur Erfassung und Bereitstellung von Informationen in der industriellen Produktion wird durch die optische Kohärenztomografie realisiert und stellt die zentrale Schlüsseltechnologie im Verbundvorhaben RoKtoLas dar. Der damit verbundene notwendige Handlungsbedarf bezüglich einer systemübergreifenden Betrachtung findet sich direkt im nachfolgend beschriebenen Lösungsansatz des Projekts wieder.

Optische Kohärenztomografie – ein universelles und innovatives Sensorikkonzept für das Remote-Laserstrahlschweißen

Das übergeordnete Ziel des Vorhabens RoKtoLas ist ein Innovationssprung hinsichtlich der flexiblen Produktion von Rohkarossen. Dies soll durch eine Technologiesubstitution im Bereich der Fügetechnik erreicht werden, wobei das konventionelle Widerstandspunktschweißen durch das Remote-Laserstrahlschweißen ersetzt werden soll. Dazu wird ein Technologiekonzept angestrebt, in dessen Mittelpunkt die optische Kohärenztomografie als zentrale, einzigartige Sensoreinheit für das Remote-Laserstrahlschweißen genutzt wird. Basierend darauf ergeben sich drei Handlungsschwerpunkte:

optische Sensoreinheit: Die Weiterentwicklung der optischen Kohärenztomografie für das Remote-Laserstrahlschweißen bildet die Grundlage für ein neues, innovatives Sensorikkonzept. Damit können die Nahtlageerkennung, die Einschweißtiefenregelung und die Qualitätssicherung in einem System vereint werden.

angepasste Bauteilkonstruktion: Durch eine angepasste Bauteilkonstruktion sollen eine lasergerechte Fügestellengestaltung zur Ausschöpfung des Leichtbaupotenzials umgesetzt und geeignete Schnittstellen für ein adaptives Greif- und Spannkonzept geschaffen werden.

roboterbasierte Spanntechnologie: Durch die Entwicklung von roboterbasierten Spann- und Positioniereinheiten können die einzelnen Karosseriebauteile in die gewünschte Fügeposition geführt und dort fixiert werden. Adaptiert an diese Aufgabe werden flexible und mit Sensorik ausgestattete Greifersysteme entwickelt, die es erlauben, verschiedenartige Komponenten zu greifen und zu positionieren.

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

Projektdetails

Koordinator

Dr.Alexander Grimm
BMW AG - Abt. LT-13
Knorrstr. 147, 80788München
+49 151 60116887

Projektvolumen

ca. 4,8 Mio. € (Förderquote 52,6%)

Projektdauer

01.09.2017 - 30.06.2021

Projektpartner

BMW AG - Abt. LT-13München
Blackbird Robotersysteme GmbHGarching
Precitec GmbH & Co. KGGaggenau
Emil Bucher GmbH & Co. KG Modell- und MaschinenbauEislingen
applicationtechnology GmbH & Co. KGNandlstadt
Technische Universität München - Fakultät für Maschinenwesen - Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb)Garching