Motivation
Ein steigender Bedarf an modernen Schienenfahrzeugen stellt besonders die Schienenfahrzeughersteller an historisch gewachsenen Produktionsstätten, wie sie bspw. in Deutschland vorzufinden sind, vor große Herausforderungen. Aufgrund gewachsener Strukturen können die Werke nur geringfügig expandieren und stehen im internationalen Vergleich unter hohem Kostendruck. Beim Betrachten des Produktionszyklus der Schienenfahrzeuge kann die Geschwindigkeit von Montage- und Qualitätskontrollprozessen nicht im gleichen Maße gesteigert werden, wie es mit autonom arbeitenden Produktionsmaschinen möglich wäre. Vermessungsarbeiten bei der Qualitätskontrolle nach DIN25043 stellen in diesem Zusammenhang sowohl Zwangspunkte als auch Arbeitsprozesse dar, die ein hohes Potenzial an Automatisierung bieten.

Ausgangssituation
Derzeit kann der Messvorgang zur Qualitätskontrolle je nach Umfang mehrere Stunden in Anspruch nehmen. Dies liegt in erster Linie daran, dass die Instrumentenstandpunkte (Lasertracker oder Industrietachymeter) sequenziell nacheinander abgearbeitet werden und die Aufnahme der Messpunkte stets taktil erfolgt. An jede Messstelle muss händisch ein Reflektor platziert und die Messung ausgelöst werden.

Ziele und Randbedingungen
Moderne Messgeräte wie Laserscanner sind jedoch in der Lage berührungslos zu messen. Innerhalb kürzester Zeit können somit komplette Abschnitte des Wagenkastens wie Seiten- und Stirnwände dreidimensional als Punktwolke erfasst werden. Definierte Messstellen, welche z. B. nach DIN25043 zu prüfen sind, können automatisiert aus der Punktwolke extrahiert werden. Generell könnten direkte Vergleiche der gescannten Bereiche zum CAD-Modell erfolgen, was allerdings außerhalb des Betrachtungsbereiches der Richtlinie DIN25043 liegt. Im scannenden Messprinzip begründet sich noch ein weiterer Vorteil; die Laserscanner können autonom arbeiten, d. h. sie benötigen keine manuelle Interaktion.

Dieser Vorteil trägt entscheidend dazu bei, die Messzeit im Idealfall um bis auf die Hälfte zu reduzieren, wenn mehrere autonom arbeitende Laserscanner eingesetzt werden. Eine beispielhafte Messkonfiguration mit vier autonom arbeitenden Laserscannern wird in Abbildung 1 dargestellt.

Bei dieser Messkonfiguration werden die Seiten- und Stirnwände sowie das Dach durch die Laserscanner abgetastet. Simultan zu den autonom arbeitenden Scannern wird ein Lasertracker für die nicht sichtbaren bzw. hoch präzise zu vermessenden Messstellen eingesetzt. Auch hinsichtlich des Arbeitsschutzes entstehen durch dieses Vorgehen weitere Vorteile. So müssen im Bereich des Dachscheitels keine Absturzsicherungen oder sonstige Vorrichtungen zum Betreten des Dachs vorgesehen werden, die die händische Messung erst ermöglichen würden.

Allerdings können Laserscanner aufgrund des berührungslosen Messprinzips nicht bei jedem Messvorgang zum Einsatz kommen. Besonders die zu erreichende Genauigkeit stellt hierbei den limitierenden Faktor dar. Negativ wirken sich vor allem die Reflexionseigenschaften spiegelnder Oberflächen (lackierte Flächen, Aluminium, Stahl) aus, wie sie auch bei einem Schienenfahrzeug vorzufinden sind. Auch der Einfallswinkel des Laserstrahls auf die zu scannende Fläche hat einen Einfluss, der sich besonders auf die Standpunkte der Laserscanner auswirkt.

Als Projektziel steht demnach die sinnvolle und zeitsparende Kombination von autonom arbeitenden Laserscannern und händisch geführten Lasertrackern.