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Fahrzeuge automatisiert zu lackieren ist komplex. Um die Anlagen und Prozesse
zu entwickeln, lässt sich die Lackierlinie digital abbilden – und realitätsgetreu modifizieren.

Gut aussehen und die Karosserie schützen: Das sind vereinfacht ausgedrückt die klassischen Aufgaben von Automobillacken. Die Anforderungen an die Lackiererei haben sich jedoch mannigfaltig gewandelt: Individuelle Fahrzeuge sind gefragt, und sie sollen umwelt-verträglich gefertigt worden sein.
Um diese Ziele zu erreichen, kommen oft sogenannte digitale Lackierereien zum Einsatz. Sie ermöglichen die digitale Durchgängigkeit vom Fahrzeugdesign bis zur Produktion, die bedarfsgerechte Automatisierung mit Industrierobotern und den Ansatz des digitalen Anlagenzwillings.
Die digitale Verbindung vom Design bis zur Produktion heißt: Die definierten Geometriemerkmale liegen entlang der Werkschöpfungskette in der Lackiererei papierlos vor. Das spart Zeit.
Und: Es dient der Rückkopplung von Informationen aus der Produktionsplanung ins Design; zum Beispiel um Designkorrekturen frühzeitig zu berücksichtigen.

LACKEIGENSCHAFTEN SIMULIEREN

Um diese Anlagen zu entwickeln, eignen sich digitale Anlagenzwillinge. Sie sollen die Produktionsanlage am Computer realitätsgetreu nachbilden. Dafür muss die Simulation neben dem mechanischen Aufbau und den elektrischen Komponenten weitere Inhalte modellieren: Steuerungen, elektrische Verbindungen, Prozessschritte und das Prozessergebnis. Das bedeutet: Beim Auftragen des Decklacks soll sie nicht nur die Bewegung der Industrieroboter simulieren, sondern auch den Auftrag des Decklacks selbst mit entsprechender Simulation der Schichtdicke.
Um das geplante Modell umzusetzen, muss die Simulationssoftware mittels eines skalierbaren Datenmodells die Geometrieinformationen aus dem Design übernehmen; auch die zu einzelnen Prozessschritten. Einfach gesagt: Die Simulation hat dieselbe Struktur, die simulierte Anlage verhält sich exakt wie die reale Anlage. Der Nutzer sieht dabei keine Emulation, sondern eine vollgültige Simulation, basierend auf Anlagenkomponenten und deren Verhaltensmodell. Bei-spiel: Nahtabdichten. Dieser Versiegelungsprozess erfolgt hauptsächlich durch Roboter, die von oben und unten die Dichtmasse an der Karosse applizieren. Alleine der Umfang beträgt 150 Meter Naht in komplexen Fahrzeug-Geometrien. Dies muss in Roboterprogramme umgesetzt werden.
Gängige Robotersimulations- und Programmiersysteme konzentrieren sich meist auf die Maschinenfähigkeiten statt auf die Produkteigenschaften. Ein neuer Ansatz für Robotersimulation und Offline-Programmierung ist das „CAD-to-Path“, eine konturbasierte Roboterprogrammierung, die Cenit in der Software Fastsuite E2 nutzt. Die Methode gründet auf dem Konzept der Prozess-Geometrien mit assoziativer Verknüpfung zum Produktmerkmal, das punkt-, kontur- oder flächenbasiert sein kann. So lassen sich Produktmerkmal und Roboter-Offline-Programm aktiv verbinden, was letztendlich halbautomatische Roboterprogrammierung und automatische Updates ermöglicht.

BAHNLINIE STATT EINZELNER PUNKTE

Statt die Konturlinie als einzelne Punkte abzubilden, die mit Punkt-zu-Punkt und Linearbewegungen angenähert und im Teach-in-Verfahren programmieren wird, nutzt das Verfahren die Kontur als zusammenhängen-de Bahnlinie. Zusätzlich dienen Zirkularbewegungen für die Annäherung. So lässt sich die Ausrichtung der Konturlinie als Ganzes interpolieren und manipulieren.
Dazu werden die Konturen einfach in der Bauteilgeometrie aufgenommen oder als Geometriemerkmal aus dem Design importiert. Je nach Anforderung können die Konturen linear und kreisförmig angenähert und mit geeigneten Versätzen versehen werden. Harmonische Bewegungen führen so zur gewünschten Oberflächenqualität – bei optimiertem Materialverbrauch. Anschließend werden die Nahtprogramme der Roboter in den Stationen zusammengefasst, der Gesamtablauf simuliert und die Anlage virtuell in Betrieb genommen.

EINFACHER PROGRAMMIEREN

Welche Vorteile hat das konturgestützte Nahtabdichten? Das Verfahren ist standardisiert, hinsichtlich der Prozesstechnologien und Methoden. Außerdem lässt sich Expertenwissen wiederverwenden und die Offline-Programmierung standardisieren. Das Erstellen der Programme geht schneller, weil weniger Zeit für die Modellvorbereitung notwendig ist. Außerdem lassen sich verschiedene Nahtabschnitte effizienter programmieren.
Alles zusammen bedeutet: Im Vergleich zu Standard-Roboter-OLP-Systemen sinkt der Programmieraufwand um rund ein Drittel. Ist die digitale Lackiererei nur eine Vision? Nein, sie ist bereits „real“ im Einsatz; auch beim Spritzen von Dämmmatten, dem Schäumen und Konservieren von Hohlräumen und dem Lackieren der Karosse. ‹
Thomas Flaig, Senior Account Manager Digital Factory Solutions, Cenit AG