„Der Kunde ist die nächste Prüfinstanz“

Qualitätskontrolle bei Automobilen mit FLIR-Wärmebildkameras

„FLIR beliefert das BMW-Werk in Dingolfing seit 1997 mit Wärmebildkameras für die thermische Inspektion“, erklärt Robert Halbritter von der TOPA GmbH, einem Vertriebspartner und Integrator von FLIR Systems. Den Großteil dieser Zeit hat BMW die Kameras hauptsächlich für die Elektro-Thermografie von Schaltschränken und -räumen eingesetzt. In dieser Anwendung sind heiße Komponenten ein Anzeichen für Defekte und werden ausgetauscht. Für diese Zwecke wird die Wärmebildtechnik noch heute eingesetzt. Mittlerweile nutzt BMW die FLIR-Wärmebildkameras aber auch für die Qualitätskontrolle.

Neue Fahrzeuge werden einer Reihe individueller und automatischer Qualitätskontrollen unterzogen. Dazu gehört die Analyse in einem von zehn Rollenprüfständen. Grundlegende Funktionen wie Hupe und Motorleistung werden ebenso eingehend getestet wie das BMW Night Vision-System, das auf einem FLIR-Detektor basiert. Der gesamte Vorgang dauert nur wenige Minuten. In dieser Zeit muss die Funktionstüchtigkeit entweder automatisch oder durch einen Prüfer bestätigt werden, der im Fahrzeug sitzt und die angezeigten Testdaten überwacht.

Einfache, schnelle und zuverlässige Tests

Neben dem übergeordneten Ziel eines kosten- und zeiteffizienten Testablaufs muss für jede einzelne Testaufgabe das jeweils optimale Verfahren ausgewählt werden. Dies trifft beispielsweise für die Tests der Abgasklappe und der zweiflutigen Abgasanlage. Die leistungsstärksten BMW-Fahrzeuge mit großen Achtzylindermotoren sind mit Doppelauspuffrohren ausgestattet. Für den BMW M5 gelten jedoch wieder andere Anforderungen. Hier wird die Abgasklappe des zweiten Auspuffrohrs erst ab einer bestimmten Drehzahl aktiviert.

Überraschenderweise ist das Motiv hierfür rein akustischer Natur: Der Motor soll möglichst laut und gewaltig klingen. Aus diesem Grund wird die Abgasklappe des zweiten Auspuffrohrs am BMW M5 erst geöffnet, wenn es wirklich notwendig ist. Diese Funktion muss selbstverständlich auch geprüft werden. Das ist schwieriger als es auf den ersten Blick erscheint.

Zur Überprüfung der Effizienz des Systems wurden Wärmebildkameras (eines anderen Herstellers als FLIR) für jeden Rollenprüfstand angepasst. Sie sollten thermische Profile beider Auspuffrohre der zweiflutigen Abgasanlage erstellen.

Prüfung des Abgasflusses mit FLIR-Technik

Jedes System bestand aus zwei Wärmebildkameras, die so angebracht wurden, dass sie das linke und rechte Auspuffrohr von oben und von der Seite untersuchen konnten. Die Lösung war nicht nur teuer in der Anschaffung, sondern auch im Betrieb, da die Kameras mit zunehmender Nutzungsdauer immer häufiger repariert werden mussten. Nach acht Jahren wurde schließlich die Eignung eines neuen Systems geprüft.

Robert Halbritter von der TOPA GmbH, einem Vertriebspartner und Integrator von FLIR Systems, konnte eine äußerst attraktive Lösung anbieten, die in der Anschaffung der neuen Kamerahardware nur halb so teuer war. Er empfahl den Einsatz einer einzelnen fest montierten FLIR A310 mit 45°-Objektiv für jeden Rollenprüfstand. Wo zuvor zwei seitlich montierte Kameras nötig waren, genügt jetzt eine mittig angebrachte FLIR-Kamera.

Dies wird durch 45°-Weitwinkelobjektiv der FLIR A310 ermöglicht, dessen Sichtfeld das gesamte Fahrzeugheck aus einem Abstand von rund zwei Metern abdeckt. Hierdurch kann der gesamte Inspektionsschritt mit nur zehn Kameras (eine pro Rollenprüfstand) anstelle von 20 durchgeführt werden.

Einfache Lösung – gewaltiges Potenzial

Die FLIR A310 erzeugt ein analoges Wärmebildsignal mit einer Bildrate von 30 Hz. Dieses Modell ist besonders gut für die Untersuchung, da es einfach zu integrieren ist und einfachen Zugang zu PAL-Video bietet. 

Christoph Hörnlein erklärt: „Die Kamera überzeugt außerdem durch vielfältige Anschlussmöglichkeiten.“ Hörnlein ist zuständig für fest installiere Wärmebildkameras für Automatisierungsanwendungen bei der FLIR Systems GmbH. „Die FLIR A310 verfügt über einen digitalen Ausgang für Alarme und zur Steuerung externer Geräte. Die Daten können auch über TCP/IP oder Ethernet übertragen werden und die FLIR A315 unterstützt sogar die GigE Vision™ Norm und das GeniCam™ Protokoll.“

Sorgfältige Überwachung

Die Funktionstüchtigkeit der Abgasanlage wird mit einem Wärmebild auf einem Bildschirm vor dem Fahrzeug geprüft. So kann der Prüfer anhand Veränderungen im Wärmeprofil feststellen, ob die Klappe wie vorgesehen arbeitet. Obwohl die FLIR A310 die Wärmeverteilung mit einer breiten Farbpalette darstellen kann, fiel die Wahl hier auf die einfachste und klarste Option: Schwarz-Weiß.

Grund hierfür ist der unregelmäßige Luftfluss in der Abgasanlage. Es wird eine verhältnismäßig große Luftmenge befördert und der Abgasstrom ist nicht immer konstant. Die Durchflussrate muss ebenfalls berücksichtigt werden. Alle diese Faktoren könnten mit dem verfügbaren Farbspektrum visuell dargestellt werden, würden den Prüfer aber wahrscheinlich eher verwirren. Am Ende des Tages muss mit diesem Test nur bestätigt werden, ob sich die Abgasklappe wie vorgesehen öffnet und schließt.

Weltweiter Marktführer

Die Entscheidung von BMW zur Umrüstung auf die von TOPA vorgeschlagene FLIR-Kameralösung lag vor allem im guten Ruf des Unternehmens für Qualität und Kundenservice begründet. Die technische Umsetzung der Lösung spielte ebenfalls eine wichtige Rolle. 

„Wir waren häufig vor Ort und konnten BMW bei der Installation und Kalibrierung der Kameras unterstützen. Die Investition hat sich im Vergleich mit dem vorherigen System voll ausgezahlt“, bestätigt Robert Halbritter von TOPA.

Die Zuverlässigkeit der FLIR A310 spricht für sich. Die ersten Kamerasysteme wurden im Herbst 2011 installiert und sind seitdem ununterbrochen in Betrieb. Auch wenn sie zwischen 23:00 Uhr und 05:00 nicht gebraucht werden, laufen die Kameras rund um die Uhr. Es wurde zwar eine zusätzliche FLIR A310 als Ersatz für den Notfall mitgeliefert, diese wurde jedoch nie gebraucht.

Im Werk in Dingolfing in Niederbayern werden die BMW-Modelle der 5er-, 6er- und 7er-Reihe produziert. Vor Kurzem wurde der BMW 3er Gran Turismo zur Produktlinie hinzugefügt. Am Standort arbeiten ungefähr 18.500 Mitarbeiter.