Einsatz von mobiler Messtechnik in der Fertigungsumgebung

In der Welt der mobilen Messtechnik bewegt sich etwas: Schlag auf Schlag werden spannende Hardware- und Softwaretechnologien vorgestellt. Und die neuen Systeme sind nicht nur genauer, sondern auch benutzerfreundlicher als ihre Vorgänger. Die hochentwickelten 3D-Messfunktionen und die Integration in CAD- und Messsoftware-Pakete eröffnen interessante Möglichkeiten, die eine höhere Produktivität bei Inspektionsanwendungen und die Optimierung von Fertigungsprozessen erlauben.

Die modernen, mobilen Alternativen zu den altbekannten massiven Messgeräten sind Universalarme mit sechs Achsen, mobile Messarme, Laser Tracker und Scannersysteme. Abhängig von den jeweiligen Spezifikationen erlauben diese Messsysteme Genauigkeiten von 15 bis 100 Mikrometer. Damit machen sie den hochpräzisen Koordinatenmessgeräten in den Messlabors zwar keine Konkurrenz, diese Genauigkeit ist jedoch vollkommen ausreichend für den Großteil der Messaufgaben, die in einer Fertigungsumgebung anfallen.

Geschwindigkeit: der wichtigste Faktor überhaupt

Für Unternehmen, die den Einsatz mobiler Messsysteme in Verbindung mit ihren Maschinen in Betracht ziehen, ist Geschwindigkeit das entscheidende Argument. In der Werksumgebung zählt aktive Betriebszeit, und Technologien, die sie maximieren, haben klar den Vorrang. Die Nutzung mobiler Systeme für Prüfvorgänge unmittelbar im Fertigungsprozess oder Erstmusterprüfungen (wenn die Genauigkeit ausreicht) verursacht den geringsten Aufwand, da weder Zeit mit dem Transport des Werkstücks ins Messlabor verschwendet wird noch anschließend die Messergebnisse abgewartet werden müssen.

Um mit einem mobilen System rasche Messungen auf oder an einer Werkzeugmaschine erfassen zu können, ist Vorbereitung alles. Schon vor der eigentlichen Messung sollte der Anwender eine genaue Vorstellung davon haben, welche Ergebnisse er erwartet und wie er vorgehen muss, um sie zu erzielen.

Bei der jüngsten Generation von Messarmen bedeutet das im Großen und Ganzen nur, dass der Anwender wissen muss, welche Elemente zu erfassen sind, und diese in einer benutzerfreundlichen Grafikoberfläche auswählen muss. Anschließend folgt er einfach den am Bildschirm angezeigten Aufforderungen. Mithilfe der auch auf fixen KMG verwendeten Software können selbst in der Werksumgebung komplexe Auswertungen durchgeführt werden. Diese Art von Software nutzt ein CAD-Modell zur Erstellung effizienter Tasterbahnen und erlaubt die Generierung von bis zu 90 % des Messprogramms offline, bevor das mobile Messgerät auch nur in die Nähe des Werkstücks gelangt.

Überdies kann ein bestehendes Programm für die Erstmusterprüfung mit minimalen Änderungen ganz oder teilweise in die Software des mobilen KMG importiert werden, wodurch ein Großteil des Programmieraufwands entfällt. Zur Durchführung der Messung muss das mobile Koordinatenmessgerät nur zum Werkstück gebracht werden. Anschließend wird das Werkstück am Messgerät ausgerichtet und gemessen.

Bei einer geführten Inspektionsroutine demonstriert die Software dem Benutzer anhand des CAD-Modells, welche Messpunkte erfasst werden müssen, und zeigt die Messergebnisse umgehend im Display an. Durch Farbcodes (grün/rot) in der CAD-Modellansicht wird dargestellt, welche Messwerte außerhalb der Toleranz liegen. Solche raschen Rückmeldungen bieten einen enormen Mehrwert für Fertigungsverantwortliche und Qualitätslabors gleichermaßen. Mobile Messungen in der Werksumgebung sind nicht nur sofort verfügbar, sondern entlasten auch die vielfach knappen Kapazitäten der Messlabors.

Aussagekräftige Messergebnisse

Beim Einsatz eines mobilen Messsystems mit CAD-basierter Software im Umfeld von CNC-Bearbeitungsmaschinen ist die Klärung der Tauglichkeit oder Untauglichkeit eines Werkstücks für einen bestimmten Zweck erst der Anfang. Die Vorteile mobiler Messungen sind vielfältig.

Meist gilt: Erst messen, dann Ergebnisse auswerten

• Lösung von Problemen während der Bearbeitung auf der Maschine: Statt ein Werkstück aus dem Bearbeitungsvorgang herauszureißen und einzelne Teile ins Messlabor zu schaffen, ist es oft klüger, ein mobiles KMG zur Maschinen zu bringen. Problemlösungsvorgänge anhand der auf der Maschine erfassten Daten sind meist wesentlich effektiver als die Messung des Endprodukts nach Abschluss der maschinellen Bearbeitung, wo es nicht mehr leichtfällt, herauszufinden, an welcher Stelle im Prozess der Fehler aufgetreten ist. Wenn Sie den Verdacht haben, dass ein bestimmter Prozess oder eine gewisse Maschine Schwierigkeiten verursachen, lässt sich dieser Verdacht auf der Basis einiger Messungen sehr schnell erhärten oder zerstreuen, sodass Sie fundierte Entscheidungen aufgrund solider Daten und nicht nur aufgrund eines vagen Gefühls treffen können.

• Obwohl gründliche Planung viele Vorteile bringt, lassen sich dadurch nicht alle Probleme lösen. Es kann trotzdem unerwartete Zwischenfälle geben. Das CAD-Modell kann veraltet sein, oder eine bestimmte Aufspannvorrichtung macht es unmöglich, alle Elemente eines Werkstücks so zu messen wie geplant. Doch das ist letztlich ganz normal. Auch in solchen Situationen unterstützen Sie mobile Messsysteme durch ihr hohes Maß an Flexibilität optimal. Der Bediener kann alle zugänglichen Elemente erfassen, ohne den Messvorgang zur Anpassung des Programms unterbrechen zu müssen. Bei Bedarf kann das Programm später am Schreibtisch modifiziert werden, damit keine wertvolle Einsatzzeit des Systems verschwendet wird. Dieser Ansatz, bei dem zuerst die Messung durchgeführt und etwaige Probleme später gelöst werden, hat sich bei der Verwendung mobiler Messgeräte in Verbindung mit berührungslosen Sensoren und Laser Trackern zur Erfassung der Form und Passgenauigkeit von Blechteilen schon vielfach bewährt.

• Ermittlung der Passgenauigkeit: Auch wenn es bei der Fertigung eines Werkstücks auf einer Maschine Probleme gibt, muss dieses Werkstück nicht notwendigerweise gleich entsorgt werden. Die Besteinpassungsfunktionen der KMG-Software liefern viele wertvolle Informationen zu jedem Werkstück und beantworten Fragen wie: Weist dieses fehlerhafte Gussteil genug Material auf, um den Fehler zu beheben und noch ein brauchbares Werkstück zu erzielen? Kann dieses Werkstück nachbearbeitet werden? Lässt sich dieses ausgeschiedene Werkstück durch dreidimensionales Drehen im Messprogramm in Bezug auf die kritischen Elemente besser an das CAD-Modell anpassen und dadurch doch noch verwenden? Antworten auf solche und ähnliche Fragen bieten die Möglichkeit, wertvolle Teile zu retten, in die bereits viele – möglicherweise Hunderte – Stunden investiert wurden. Nun stehen solche Analyse- und Auswertungsmöglichkeiten mithilfe neuester mobiler Messgeräte und aktuellster Software direkt in der Fertigungsumgebung zur Verfügung.

• Problemlösung im Prozess: Fertigungsprofis sind oftmals sehr einfallsreich, wenn es um die spontane Lösung plötzlich auftretender Probleme mit der Maßhaltigkeit geht: So werden gern einmal Distanzscheiben, besondere Aufspannvorrichtungen oder selbst gebastelte Abstandshalter verwendet, damit der Maschinenbediener brauchbare Teile herstellen kann, ohne dem eigentlichen Problem auf den Grund zu gehen und die Ursache zu beseitigen. Auch für solche improvisierten Lösungen können mobile Systeme willkommene Unterstützung und eine höhere Genauigkeit bieten. Sobald das unmittelbare Problem gelöst ist, kann das mobile Messsystem dann eingesetzt werden, um die Ursache zu erforschen und zu beheben. Der entscheidende Vorteil bei dieser Vorgehensweise ist, dass Behebungsmaßnahmen aufgrund präziser Messdaten exakt und zielgerichtet anstatt „nach Gefühl“ ergriffen werden können. Ab sofort müssen sich Maschinenbediener nicht mehr auf ihr Gedächtnis oder handgeschriebene Aufzeichnungen für die notdürftige Anpassung der Prozesse zur Fertigung brauchbarer Teile verlassen. Sie können direkt in der Fertigungsumgebung auf der Grundlage von CAD-Modell und CAM-Programm arbeiten, und ihre Ergebnisse können auch von Dritten problemlos und ohne spezielle Tricks reproduziert werden.

• Unterschiedliche Arten von Anwendern: Mobile Messgeräte sind an sich sehr benutzerfreundlich und unterstützen unterschiedliche Arten von Anwendern. Einsteiger können mit einer einfachen, intuitiven Benutzeroberfläche arbeiten, um grundlegende Eigenschaften ihrer Werkstücke zu überprüfen oder mithilfe von professionell programmierten Messroutinen kompliziertere Geometrien zu inspizieren. So können auch Anfänger rasch lernen, Prozesskontrollen oder simple Tauglichkeitsprüfungen selbst gefertigter Werkstücke durchzuführen.

• Anwender, die bereits Erfahrung mit CAD und CAM haben, können mobile Geräte und Software zur Beschleunigung von Einrichtvorgängen oder zur Lösung von Problemen im Fertigungsprozess nutzen. Personal aus der Qualitätssicherung kann bei der Umsetzung mobiler Messkonzepte helfen, um Messergebnisse rascher und prozessnäher zu erzielen. Gleichzeitig können auf diese Art Engpässe bei der KMG-Nutzung im Qualitätslabor vermieden werden, sodass Entwicklungstätigkeiten nicht laufend unterbrochen werden müssen, um die Fertigung am Laufen zu halten.

Fazit

Mobile Messgeräte mit CAD-basierter Messsoftware sind heute keine Exoten mehr, sondern gängige Hilfsmittel, die zur Ermittlung der Ursachen von Problemen mit der Maßhaltigkeit sofort bei deren Auftreten angewendet werden können. Manche mobilen Messgeräte lassen sich offline programmieren, wobei ihre Messprogramme auch auf den Systemen im Messlabor verwendet werden können. Infolge der Messung an oder in der Nähe der Maschine werden durch Messvorgänge bedingte Zeitverluste vermieden und das Messlabor entlastet.