Messtechnik Die Basis für Industrie 4.0

Autor / Redakteur: Klaus Vollrath / Udo Schnell

Moderne mechanische Produkte sind zuverlässiger und lassen sich günstiger fertigen als früher. Musste man Autos vor 30 bis 40 Jahren noch circa alle 5000 km „abschmieren“ lassen, so liegen die Wartungsintervalle heute oft schon bei mehr als 30.000 km. Grund dafür sind die wesentlich engeren Toleranzen, die in der Fertigung heute prozesssicher erreicht werden. Eine wichtige Rolle spielen dabei Fortschritte in der dimensionellen Messtechnik, auch dank zunehmender Vernetzung und Integration, zusammen-​gefasst unter dem Stichwort „Industrie 4.0“.

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Scanbox-Systeme der Atos-Serie wurden für die fertigungsnahe berührungslose optische 3D-Inspektion und Qualitätssicherung entwickelt.
Scanbox-Systeme der Atos-Serie wurden für die fertigungsnahe berührungslose optische 3D-Inspektion und Qualitätssicherung entwickelt.
(Bild: GOM)

Heutige Qualitätsphilosophien beruhen auf der Erkenntnis, dass man Qualität von vornherein produzieren muss und nicht nachträglich durch das Aussortieren von Bauteilen, die nicht den Vorgaben entsprechen, „herbeiprüfen“ kann. Ausgehend vor allem von der Automobilbranche haben sich entsprechende Ansätze inzwischen in so gut wie allen Branchen durchgesetzt. In diesem Zusammenhang hört man häufig Schlagworte wie „Six-Sigma“-Qualitätsmanagement, DMAIC-Methodik (Define, Measure, Analyze, Improve, Control) sowie weitere Begriffe aus dem Bereich des Qualitätsmanagements.

Ziel ist dabei, Qualitätsregelkreise so aufzubauen und darüber Produktionsprozesse so zu führen, dass die Tendenz zu Abweichungen bereits im Bereich der Gutteile-Toleranzen erkannt und so korrigiert werden, dass die Toleranzgrenzen gar nicht erst überschritten werden. Das setzt wiederum voraus, dass die eingesetzte Messtechnik die zur Einrichtung und Aufrechterhaltung des Regelkreises benötigten Daten auch liefern kann.

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Außerdem werden die geforderten Toleranzbänder immer enger gezogen. Diesen Herausforderungen müssen sich die Hersteller von messtechnischen Systemen wie Koordinatenmessmaschinen und der damit eingesetzten Sensoren stellen. Wir werfen daher einen Blick auf einige der Highlights auf der bevorstehenden Messe Control.

Zu den Schwerpunkten der Werth Messtechnik GmbH aus Gießen gehört die Integration von Multisensorik in Koordinatenmessgeräte. Neue Mehrachsensysteme, beispielsweise der Scope-Check FB DZ, lassen sich mit einer Vielzahl unterschiedlicher Sensoren kombinieren. Dazu gehören Sensoren, welche Bildinformationen erfassen und verarbeiten, die „klassischen“ messenden Taster, Lasertaster, Fasertaster sowie der konfokale optische Messtaster Nano-Focus-Probe. Aufgrund dieser großen Bandbreite kann das System für jede Messaufgabe den optimalen Sensor einsetzen. Eine Wechselstation ermöglicht die einfache, vollautomatische Umrüstung.

Trend zu Miniaturisierung erfordert neuartige Messsysteme

Gerade der zunehmende Trend zur Miniaturisierung erfordert den Einsatz neuartiger Messtastersysteme, um selbst kleinste Details mit hoher Präzision zu erfassen. Dazu gehört der 3D-Fasertaster WFP, der taktil-optisch arbeitet. Das Antastformelement ist eine Glaskugel, der über einen Glasfaserschaft Licht zugeführt wird. Beim Kontakt mit dem Messobjekt wird die Auslenkung der Kugel mithilfe eines Bildverarbeitungssensors bestimmt.

Im Vergleich mit konventionellen, mechanisch-elektrischen Tastelementen hat das neue Sensorsystem signifikante Vorteile: Es ist wesentlich unempfindlicher gegen Bruch und ermöglicht kleinere Tastkugeldurchmesser bis herab zu 20 µm in Serie. Die Antastkräfte (< 1/1000 N) liegen um Größenordnungen unter denjenigen konventioneller Taster. Typische Anwendungen sind Messungen an Werkzeugen, Uhrenkomponenten, Kfz-Einspritztechnik- sowie Mikromechanik-Bauteilen.

Herausgestellt werden darüber hinaus auch Neuerungen beim Einsatz der Computertomografie. So verbessert ein neues Mehrspektrenverfahren das Messen von Multimaterial-Werkstücken, zum Beispiel bestückten Steckverbindern.

Automatisierung minimiert den Einfluss von Bedienfehlern

Das Unternehmen Mahr aus Göttingen legt bei der Weiterentwicklung seiner Messtechniklösungen einen Schwerpunkt auf Zukunftstrends wie Industrie 4.0 oder Smart Factory. Im Vordergrund stehen Aspekte wie Automatisierung, Schnelligkeit der Datenerfassung, Bedienerfreundlichkeit sowie Vernetzung. Die Automatisierung minimiert den Einfluss von Bedienfehlern und optimiert die Ressourcen bezüglich des Personaleinsatzes. Beispiel dafür ist der Industrie 4.0-Messplatz auf Basis des Mar-Surf LD 130.

Als Neuheit stellt Mahr das Verzahnungsmesssystem Mar-Gear GMX 400 W mit Mar-Win Advanced- Gear vor. Dieses dient der einfachen, schnellen und genauen Durchführung von Messaufgaben an Verzahnungen und Verzahnungswerkzeugen in einem einzigen Vorgang.

Diese flexiblen Systeme erfordern kein mechanisches Ausrichten oder Umspannen und kombinieren bedarfsgerecht unterschiedliche Aufgabenstellungen wie Verzahnungsmesstechnik, Form- und Lageauswertung. Aufgrund der fertigungsnahen Integration kann ein geschlossener Qualitätsregelkreis in der Getriebefertigung verwirklicht werden. Zur Lösung gehört auch ein Softwaremodul „Synchronverzahnung“. Der Messablauf erfolgt über das Erzeugen von Solldaten, die einfach und schnell durch benutzerabhängige Eingaben parametriert werden können.

Weitere Highlights betreffen die vollautomatische Oberflächen- und Konturmessung mit dem Messplatz Mar-Surf CNC Premium Typ 1 oder eine Palettenmessung von kleinsten Kugeln auf den Messmikroskopen Mar-Surf CWM 100 und Mar-Vision MM 420 CNC.

Messgeräte für den direkten Einsatz in der Fertigung

Bei Ametek/Creaform aus Leinfelden-Echterdingen setzt man auf die Ergänzung von Koordinatenmess­technik und tragbaren Erfassungssystemen wie dem Handy-Probe-Taster. Koordinatenmessgeräte (KMG) sind stationäre Messsysteme, die sich durch sehr hohe Genauigkeit auszeichnen, aber für den mobilen Einsatz in einem Produktionsumfeld kaum geeignet sind. Dies bedingt einen oft aufwendigen und zeitraubenden Transport der Prüflinge. Zudem sind die erzielbaren Messraten begrenzt.

Für den schnellen, direkten Einsatz in der Produktion und damit für die Entlastung des Koordinatenmessgeräts eignet sich dagegen der Handy-Probe-Taster. Dieses messarmlose Koordinatenmessgerät ermöglicht präzise Messungen mit einer Genauigkeit bis 22 µm in Kombination mit kurzen Messzeiten und kann für die serienbegleitende Messung (auch direkt in der Linie) eingesetzt werden. Die Position des von Hand geführten Geräts wird mithilfe des C-Track-Kamerabalkens verfolgt, sodass die exakte Position der Messkugel im Moment der Antastung berechnet werden kann.

Deutliche Entlastung für Koordinatenmessgeräte

Das System kann an Bauteilen unterschiedlichster Größe eingesetzt werden, ist unempfindlich gegenüber Umgebungsveränderungen wie Vibrationen oder unterschiedlicher Positionierung des Messobjektes und eignet sich sowohl für Geometrie- als auch für Oberflächenprüfungen. In Verbindung mit einem Metra-Scan-3D-Scanner können damit auch Scanaufgaben durchgeführt werden. Mit dieser alternativen Lösung lassen sich gute und schlechte Teile schnell – und kostengünstig – auseinanderdividieren. Allein mit diesem Ansatz kann das KMG um fast 80 % der zu messenden Teile entlastet werden.

Die GOM Gesellschaft für Optische Messtechnik GmbH in Braunschweig stellt ihre berührungslosen optischen 3D-Messverfahren in den Vordergrund. Die Messung erfolgt dabei mithilfe von zwei Kameras, die dreidimensionale Strukturen wie Karosseriebauteile in kürzester Zeit vollflächig vermessen können. Damit sind sie vor allem bei der Vermessung von Freiformflächen wesentlich schneller als die üblichen taktilen Verfahren.

Die Messdaten können unmittelbar analysiert und mit dem CAD-Datensatz abgeglichen werden. Abweichungen werden sofort erkannt; dies ermöglicht eine schnelle Korrektur des Fertigungsprozesses. Taktile Verfahren sind allerdings dann im Vorteil, wenn Merkmale mit sehr kleinen Fertigungstoleranzen und optisch schlecht zugängliche Bereiche geprüft werden müssen. Deshalb hat das Braunschweiger Unternehmen entsprechende Taster als Zubehör für seine optischen 3D-Scanner entwickelt.

Automatische Korrektur von systematischen Bauteilfehlern

Die automatisierten Scanbox-Systeme der Atos-Serie sind standardisierte Messzellen, die speziell für die fertigungsnahe Inspektion und Qualitätssicherung entwickelt wurden. Ziel ist die automatische Korrektur von systematischen Bauteilfehlern im Fertigungsprozess. Bei der Produktion von Anbauteilen für den VW Golf in Wolfsburg wird die Qualität von Motorhauben, Heckklappen und Türen in den jeweiligen Produktionslinien von solchen Systemen überwacht.

Die neue Scan-Box 7260 arbeitet mit einem kleinen Gelenkarmroboter auf einem vertikalen Lift, der wiederum auf einer Linearachse verfährt. Diese insgesamt acht Freiheitsgrade ermöglichen eine Vermessung selbst von stark verwinkelten Bauteilen und von Innenräumen aus jeder Perspektive.

Der Messauftritt von Hexagon Manufacturing Intelligence auf der Control steht in diesem Jahr im Zeichen der Produktivität. Die erste Control seit dem Rebranding von Hexagon Metrology zu Hexagon Manufacturing Intelligence sei der zunehmenden Bedeutung gewidmet, die Qualitätsdaten für die Kunden des Unternehmens in verschiedenen Fertigungssektoren gewinnen. „Produktqualität ist ein entscheidender Faktor für alle Arten von Fertigungsbetrieben und wird es auch immer bleiben“, ist John Paulsen, Senior Vice President Sales & Marketing bei Hexagon Manufacturing Intelligence, überzeugt.

Aber sehr oft sei es die Produktivität, die über Erfolg oder Misserfolg am Markt entscheide, so Paulsen weiter. Die von Hexagon entwickelten Techniken sollen Kunden bei der Erhöhung ihrer Produktivität unterstützen, indem sie ihnen rasche Arbeit mit zuverlässigen Ergebnissen ermöglichen. MM

Dieser Artikel ist zuerst auf unserem Schwesterportal MM Maschinenmarkt erschienen.

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