Berührungslose Lasermesssysteme Anwendungen in der Automobilindustrie Laser - ein universelles Messprinzip für die Automobilindustrie Ist der Lasertriangulationssensor als berührungsloser Messwertaufnehmer in vielen Bereichen der Automobilindustrie seit Jahren als zuverlässiges und universell einsetzbares Instrument zur Produktionsregelung und Qualitätskontrolle im Einsatz, so beschränkte sich dieser in den Bereichen F&E und Fahrversuch doch auf sporadische Anwendungsfälle. Die zunehmende Forderung der Automobilindustrie, Messdaten unter realen Fahrbedingungen berührungslos und mit hoher Genauigkeit zu erfassen, führt zu einem immer größeren Einsatz von berührungslos arbeitenden Lasersensoren. Einsatzbeispiele:

Forschung und Entwicklung Fahrversuch Produktion Zulieferindustrie Motorsport Erfassen von Straßenoberflächen

Forschung und Entwicklung Bevorzugte Einsatzgebiete liegen im Bereich des Crashversuchs, da hier durch die großen zur Verfügung stehenden Messbereiche von bis zu 800 mm bei einer möglichen Bandbreite von 20 kHz Schlittenbewegungen oder aber auch Verformungen von Bauteilen im Inneren von Fahrzeugen berührungslos gemessen werden können. Messversuche bei einem Automobilhersteller haben ergeben, dass bis zu einer Belastung von ca. 40g keine Beeinflussung des Messwertes und keine Beschädigung des Sensors festzustellen sind. Die hohe Bandbreite von 20 kHz (Abtastrate 50 kHz) wird auch benötigt um den Ventilhub im Rahmen des Motorenversuchs bei Höchstdrehzahlen zu erfassen.

Weit geringere Messfrequenzen werden für den Einsatz des Lasers bei der Digitalisierung von Bauteilen für die Karosserieentwicklung benötigt. Hier ersetzt der Lasersensor den berührenden Taster der Z-Achse an Messmaschinen. Es ergibt sich ein Vorteil bei der Digitalisierung von empfindlichen Modellen, da berührungslos gearbeitet wird, zum anderen sind wesentlich höhere Messgeschwindigkeiten bei größerer Datenmenge möglich, da in x- und y-Richtung kontinuierlich verfahren werden kann. Ein zur Zeit von der Industrie noch mit etwas Skepsis betrachtetes Gebiet stellt die Messung auf Bremsscheiben dar. Laufende Versuche deuten aber daraufhin, dass auch hier der Laser seinen Einsatz finden wird. Interessant ist vor allem die Möglichkeit, auch bei höheren Temperaturen messen zu können.

Fahrversuch Hauptanwendungsgebiet, auf dem der Laser fast konkurrenzlos ist, ist die berührungslose Messung des Abstandes Fahrzeug-Straße. Werden im PKW-Versuch maximal 240 mm Messbereich benötigt, so sind es beim LKW ca. 400 mm. Die im Einsatz befindlichen Sensoren zeigen, dass Messungen auf allen Oberflächen von hellem Beton, über Schotter und Geländeoberflächen bis zu tiefschwarzem, nassem Asphalt möglich sind. Wichtig ist für die Messung auf Straßenoberflächen neben der geforderten Genauigkeit und Robustheit des Sensors die Unempfindlichkeit gegenüber Sonneneinstrahlung. Dass der Sensor für Fahrten bei feuchtem Wetter spritzwassergeschützt sein sollte, ist eine weitere Voraussetzung. Durch Anordnung mehrerer Sensoren sind so außerdem Wankwinkel- und Freigangsmessungen möglich. In vielen Fällen lässt sich die hierfür standardmäßig eingesetzte Plattform einsparen, was neben erheblichen Gewichtseinsparungen auch zu Rüstzeitverkürzungen und universelleren Einsatzmöglichkeiten führt. Durch die große Palette von Messbereichen und Messabständen (Stand Off) sind auch alle Arten von Bauteilveränderungen wie die Bewegung des Motors, des Abgassystems, der Antriebs- und Kardanwellen und des Lenkgestänges sowie Federwegsmessungen möglich. Bei letzteren kann der Sensor auf Grund seiner Kompaktheit direkt am Federbein befestigt werden. Sind einige der oben aufgeführten Messungen auch teilweise durch mechanische Systeme wie Fadenpotentiometer lösbar, so ist die Messung von Verformungen an Reifen z.B. im Bereich der Flanke oder in Umfangsrichtung nur mit einem berührungslosen System wie dem Laser möglich.

Produktion Im Bereich der Produktion liegen die Schwerpunkte des Einsatzes bei der Maßkontrolle und Montageautomation. Des weiteren erfolgen Maßkontrollen an Bremsen, Kupplungen, Achsen und ganzen Karosserien. Im Bereich der Montage sollen nicht nur punktuell, sondern möglichst entlang einer Messlinie Konturen erfasst werden. Dies führte zur Entwicklung von Laserscannern, bei denen der Messstrahl durch ein Spiegelsystem abgelenkt wird und zu Systemen mit CCD-Matrix Detektoren (Lichtschnittsensoren), bei denen eine Messlinie durch optische Aufweitung erzeugt wird. Derartige Systeme werden hauptsächlich bei der Robotermontage von Türen und Windschutzscheiben eingesetzt. Sie bieten hierbei durch ihre Messlinie den Vorteil, dass Spalte zu anderen Karosserieteilen genau vermessen werden können. Für die Schweißkopfpositionierung von Robotern bei der Karosseriefertigung stehen Sensoren mit spezieller Schutzklappe zur Verfügung.

Zulieferindustrie Der steigende Einsatz von Lasermesssystemen in diesem Bereich ist durch die ständig steigende Qualitäts- und Dokumentationsforderung der abnehmenden Automobilindustrie, aber auch durch die fortschreitende Automatisierung der Produktion begründet. Die Messaufgaben reichen von Sicherheitsbauteilen wie dem Airbag oder Fahrwerkskomponenten über Dickenmessungen an Dichtungen oder Bremsbelägen bis hin zur vollautomatischen online-Kontrolle von Kupplungsscheiben. Bei einem großen Zulieferer konnten so bei der automatisierten Kontrolle von Kupplungsscheiben die fehlerhaften Teile um über 60% abgesenkt werden.

Motorsport Bedingt durch die immer entscheidender werdende Bedeutung der Aerodynamik im Motorsport und der damit verbundenen Forderung eines ständig optimalen Abstandes Fahrzeug-Straße finden Lasersensoren, nachdem sie in der Formel 1 bereits seit langem im Einsatz sind, zunehmend auch in anderen Rennklassen wie der Gruppe C oder der DTM Einsatz. Neben der reinen Abstands- bzw. Federwegserfassung für eine optimale Fahrwerksabstimmung ermöglichen solche Sensoren in einem weiteren Schritt natürlich auch das aktive Regeln eines Fahrwerks. Bezüglich der Stoßfestigkeit und Miniaturisierung der Aufnehmer werden im Motorsport auf Grund der Platzverhältnisse und minimalen Federwege extreme Anforderungen gestellt.

Erfassen von Straßenoberflächen Da man, wie schon mehrfach erwähnt, während der Fahrt auch die Straßenoberfläche messen kann, ist natürlich auch die Umkehrung, nämlich die Erfassung von Straßenzuständen und -oberflächen im Fahrbetrieb möglich. Dies ist wichtig für die Prüfstandssimulation, für die man möglichst genaue Informationen über den realen Straßenzustand von Teststrecken benötigt, um eine praxisgerechte Simulation durchzuführen. Des weiteren ist die Kenntnis von Straßenoberflächen ein wichtiger Parameter bei der Entwicklung von Reifen und aktiven Fahrwerken für Serienfahrzeuge. Einsatzbeispiele als PDF-Datei Automobilindustrie 1268 KB OPTImess PSD I OPTImess CCD I OPTIscan I OPTIline I OPTIcontrol I Sonderausführungen