Alle Merkmale auf einen Streich: wie Multisensorik Messzeiten minimiert

pretema hat sich auf die Entwicklung und Herstellung elektromechanischer Komponenten spezialisiert. Als Multitalent erweist sich das Unternehmen jedoch auch, wenn es um Fertigungstechnologien und Materialarten geht. In der Qualitätssicherung vertraut pretema auf ein Multisensor-Messgerät von Hexagon Metrology, das Messzeiten drastisch verkürzt und mit Flexibilität punktet.

Auf den ersten Blick erinnern einige der pretema-Produkte an Schmuckstücke. Schliesslich ist auch die Goldstadt Pforzheim nicht weit. Funkelnde Oberflächen aus Edelstahl, Kupferlegierungen, Nickel, Aluminium, Zinn, Palladium und anderen Materialien reflektieren in der Fabrikhalle das Licht. Am Standort Niefern beschäftigt pretema etwa 550 Mitarbeiter – Spezialisten für Stanz-, Galvano-, Kunststoff-, Montage- und Laminiertechnik. Auch ein Werkzeug- und Formenbau gehört dazu. So klein einige pretema-Teile auch sein mögen, die Funktionen, die sie übernehmen, sind elementar für den Erfolg des Endprodukts.

Zum Portfolio gehören kleine Gehäuse für Beschleunigungs- und Drucksensoren aus Kunststoff- und Stanzteilen, die in Pkws verbaut werden. Bei einem Aufprall senden die beim Kunden komplettierten Baueinheiten Signale an die Airbag-, ABS- oder ESP-Steuerung. Die Toleranzen bei der Fertigung liegen im Mikrometer-Bereich, beim Stanzen dieser Teile beispielsweise bei wenigen Mikrometern. pretemaTechnik im Mini-Format steckt zudem auch in Chipkarten. Hier liefert pretema gestanzte, laminierte Leadframes für Chipkarten, quasi eine Halterung und Kontaktierung für den Chip. Etwas grösser werden die Dimensionen bei den Kunststoffteilen, z.B. Getriebesteuereinheiten für Pkws. 

„Wir arbeiten mit allen möglichen Materialarten, mit unterschiedlichen Dicken, Breiten und Geometrie. Dadurch haben wir unterschiedlichste Anforderungen an die Messtechnik. Wir sprechen bei den Toleranzen von plus minus 5 Mikrometern. Da kommen wir auch bei den Messmaschinen in Grenzbereiche hinein“, bestätigt Thomas Bauerfeld, Leiter Qualitätsmanagement bei pretema. 

Um alle Produkte mit geeigneten Messmethoden abdecken zu können, setzte pretema in der Vergangenheit auf taktile Messgeräte von Hexagon Metrology und optische Messgeräte eines anderen Herstellers. Mit einer Optiv Performance von Hexagon Metrology investierte das Unternehmen erstmals in ein Gerät, das beide Messmethoden vereint. Es wird für Erstbemusterungen, Messmittel- und Prozessfähigkeitsuntersuchungen, Serienprüfungen, Prozessverbesserungen und CAD-Datenvergleiche verwendet.

Messen in einer Aufspannung

Der große Vorteil dieses Messgeräts liegt in der Kombination von taktilen und optischen Sensoren in einer Maschine. Thomas Bauerfeld: „Wir hatten immer wieder das Problem, dass wir verschiedene Spannsituationen hatten, wenn wir zuerst optisch und dann taktil auf unterschiedlichen Maschinen gemessen haben. Meist sind es verschiedene Vorrichtungen. Das ist eine enorme Zeitersparnis, dass wir jetzt nicht zuerst auf die taktile Maschine müssen und dann auf die optische. Durch die Kombination verschiedener Messverfahren auf einer Maschine sparen wir enorm viel Zeit ein.“

Für pretema spielte es eine große Rolle, dass die neue Maschine mit taktilen Dreh-Schwenk-Tastern ausgerüstet werden konnte. „Für das Messen unserer Kunststoffteile benötigten wir einen Dreh-Schwenk-Kopf. Unsere bestehende optische Maschine konnte zwar mit einem taktilen Sensor ergänzt werden, dieser war jedoch nicht schwenkbar.“ Die Optiv Performance erwies sich als Ideal-Lösung. Aufgrund ihres Dual Z-Designs ist sie mit einer Reihe von optischen und taktilen Sensoren kombinierbar. 

Dual Z-Design bedeutet: zwei Z-Vertikalachsen bewegen sich unabhängig voneinander. Während mit dem taktilen Sensor gemessen wird, befindet sich die Achse mit dem optischen Sensor ausserhalb des Messbereichs. Somit ist ausreichend Raum verfügbar, um auch motorische Dreh-Schwenk-Köpfe einzusetzen, die üblicherweise mehr „Freiraum“ benötigen, um die Bewegungen ohne Kollision durchführen zu können. Bei konventionellen Multisensor-Systemen sind optische und taktile Sensoren an einer Achse angebracht, das Platzangebot ist eingeschränkt, die Gefahr für Kollisionen höher.

Messzeit dreifach verkürzt

Die Optiv Performance erweist sich bei pretema als flexibles Instrument, mit dem die Messtechniker in der Lage sind, das täglich wechselnde Teilespektrum effizient zu messen. Im Fall der Vermessung von Sensorgehäusen schrumpfte die Messzeit gar um das Dreifache. Auslöser für diesen enormen Vorteil war eine Schulung bei Hexagon Metrology. Willi Littau, Messtechniker bei pretema, berichtet: „Wir hatten bereits einige Monate mit der Optiv Performance gearbeitet und uns weiter schulen lassen. Im Schulungsraum haben wir dann ein Optiv-Gerät mit Weißlichtsensor entdeckt und haben angefragt: Was kann der Sensor und was bringt er? Wir bekamen eine Demonstration und waren positiv überrascht. Unsere Idee war, den Weißlichtsensor für das Aufnehmen der Fokuspunkte in der Z-Achse beim Messen von Gehäusen zu verwenden. Wir haben berechnet, was wir einsparen würden. Am Ende haben wir noch mehr Messzeit eingespart, als ursprünglich angenommen.“

Benötigten die Techniker zuvor für die Paletten-Messung von 32 Gehäusen mit insgesamt 1.200 Merkmalen noch drei Stunden, ist die Messung nun nach einer Stunde mit der Optiv Performance vom Tisch. „Die Investition in den Weißlichtsensor hat sich sehr schnell gerechnet“, so Bauerfeld. Bei diesem Werkstück, das aus unterschiedlichen Materialien besteht, kommen die Vorteile der Multisensorik voll zum Tragen. Für die Grobausrichtung wird der taktile Taster verwendet. Der hochauflösende chromatische Weißlichtsensor beschleunigt die Aufnahme von Oberflächentopographien mit vielen Messpunkten. Er ermittelt die Höhe des Gehäuses. Auf Grundlage der Höhenmessung fährt der taktile Taster an das Bauteil und misst Merkmale wie beispielsweise Gehäusebreite und -länge am Kunststoffteil. Der Durchmesser der kaum sichtbaren Tastkugel beträgt nur 0,3 Millimeter. Die Stanzgeometrie wiederum erfasst der Vision-Sensor, eine hochauflösende CCDKamera. Der Weißlichtsensor greift ausserdem bei der Messung der Ebenheit, die innerhalb einer Toleranz von 0,05 Millimetern liegen muss. Die Beschleunigungs- und Drucksensoren werden später beim Kunden auf die Oberfläche des Gehäuses geklebt und müssen daher sehr eben sein. 

Einheitliche Software 

Eine weitere Anforderung an das neue Gerät: pretema wünschte sich eine Programmiersprache, mit der die Messtechniker bereits vertraut waren, um die Kosten für Einarbeitungszeit und Schulung zu verringern. Thomas Bauerfeld: „Wir haben uns auch für Multisensortechnologie von Hexagon Metrology entschieden, weil wir auf den taktilen Messmaschinen bereits PC-DMIS nutzen. Die Programmierung mit dieser Software läuft sehr effizient ab.“ Willi Littau ergänzt: „Mit Hexagon Metrology stehen wir gut da. Die Software-Hotline ist hervorragend.“

Für die Serienprüfung durch die Werker wurde das User Interface von PC-DMIS Vision entsprechend aufbereitet und mit einer Drittsoftware kombiniert. Die Programmierung übernehmen die Spezialisten im Messraum. Für das Messen sind die Kollegen aus der Fertigung verantwortlich. Um den Messprozess zu starten, klickt der Werker auf einen Button auf der Benutzeroberfläche. Eine Eingabemaske fragt Namen, Charge, Rückmeldenummer und andere Angaben ab. Nun wird ein Foto ersichtlich, das die Spannsituation zeigt. Analog der Darstellung spannt der Werker das Teil auf, klickt auf das Foto und die Messung nimmt ihren Lauf. Bedienereinflüsse werden so minimiert. Das gleiche Prinzip wendet pretema bei einem optischen Messgerät der Reihe Optiv Classic 321 GL an, die in der Stanzfertigung für die serienbegleitende 2DMessung von Stanzbändern zum Einsatz kommt.

Mehr Effizienz

Die Vorteile der Optiv Performance überzeugen. Thomas Bauerfeld denkt daher bereits weiter: „Das Sensorgehäuse produzieren wir in immer mehr Varianten. Im Werkzeugbau geht man dazu über, immer mehr Formnester in ein Werkzeug zu integrieren. Das heißt für uns in der Messtechnik, dass wir mehr Bauteile messen müssen, gleichzeitig müssen wir im Messraum effizienter werden. Wie federn wir diesen erhöhten „Load“ ab? Eine zweite Optiv Performance ist aus meiner Sicht die Lösung.“