Meten op het scherpst van de snede

Wanneer hoogwaardige metingen plaatsvinden in drieploegendienst kunnen langzame processen en omslachtige conventionele meettechnologieën het geduld, de effectiviteit en de efficiëntie sterk schaden. Dankzij de grote stappen die het bedrijf heeft ondernomen, heeft het uit Zwaben afkomstige Stihl de kwaliteitstesten van krukassen en drijfstangen in hun hoofdfabriek in Waiblingen, Duitsland, nu aanzienlijk versneld. Zij maken gebruik van de Leitz PMM-C 3D coördinaten meetmachine (CMM) en sterk geparametriseerde software die de operators in staat stellen om zelfcontroles uit te voeren, zelfs bij complexe metingen.

Of het nu een werktuig voor het kappen van bomen betreft, een betrouwbaar gereedschap voor doe-het-zelvers, een multifunctioneel hulpmiddel voor het leger en de politie of als redmiddel voor de brandweer en rampenbestrijding dient: de motorzagen van Stihl zijn overal ter wereld zeer gewild. Op sommige momenten was de populariteit van de zagen zelfs zo groot dat er speciale chartervliegtuigen moesten worden ingezet om aan de enorme vraag van houthakkers in Canada en de VS te voldoen.

's Werelds meest toonaangevende motorzaagfabrikant heeft echter nog veel meer in petto. De Stihl Group ontwikkelt, produceert en verkoopt verschillende gemotoriseerde gereedschappen voor de bos- en landbouw, de landschapsarchitectuur, de bouwsector en particuliere gebruikers. Zijn productassortiment strekt zich uit van blazers tot haakse slijpmachines en van grondboren tot reinigingsapparatuur, verspreid over 10 productgroepen.

Het Zwabische familiebedrijf, dat in 1926 is opgericht en in Waiblingen-Neustadt in Duitsland is gevestigd, heeft wereldwijd momenteel ongeveer 15.000 mensen in dienst en heeft in 2015 de omzet-mijlpaal van € 3 miljard overschreden. In datzelfde jaar zijn de wereldwijde investeringen van het bedrijf voor het eerst in diens geschiedenis tot een recordhoogte gestegen: € 235 miljoen. Zoals gebruikelijk in de Zwabische bedrijfsgeest, werden alle investeringen volledig gefinancierd uit eigen middelen. De investeringen werden ook grondig onder de loep genomen met betrekking tot de economie, effectiviteit en de toekomstbestendigheid voordat een beslissing werd genomen.

Tot het investeringsplan behoorde onder andere 'Factory 1' in de hoofdvestiging van het bedrijf in Waiblingen. Dankzij een enorme sprong voorwaarts op het gebied van meettechnologie heeft kwaliteitscontrole in het Crank Drive Centre de toon gezet voor Stihl's succesvolle 2015, doordat de oude apparatuur werd vervangen door een ultra-nauwkeurige 3D-CMM.

De belangrijkste componenten van het Stihl-gereedschap, namelijk de krukas en drijfstang, worden geproduceerd in het Crank Drive Centre. Voor de beste prestaties en de minst mogelijke trilling, evenals de legendarisch lange levensduur van elke Stihl-motor, is het noodzakelijk dat deze onderdelen perfect functioneren.

"Wat we hier produceren zijn de centrale precisieonderdelen met de strengste toleranties in het micron-bereik", legt Stefan Baumert uit, voorzitter van de kwaliteitsplanning van krukasaandrijving bij Stihl’s Factory 1 in Waiblingen.

Meer bedrijfskosten als gevolg van meerdere  gereedschapswisselingen

"We voeren de testen normaal gesproken parallel aan de seriematige productie en controletesten uit", vervolgt de beëdigde ingenieur. "Dit omvat voornamelijk vorm- en positiemeting, maar ook het controleren van de rondheid, het parallellisme en de cilindervormigheid, om maar enkele van de belangrijkste kenmerken te noemen. Dit vereist een hoge mate van flexibiliteit en veel geduld, wat precies de uitdaging was waar we mee te maken kregen, voornamelijk bij het testen tijdens de seriematige productie."

Aangezien de metingen te complex zijn voor zelfcontrole door operators tijdens de productie, moesten ze bij de seriematige productie (als aanvulling op controletesten) worden uitgevoerd in de precisiemeetkamer door kwaliteitsinspectie-specialisten. Het meetproces vereiste uiteindelijk alleen een bepaalde mate van ervaring en gebruikersexpertise.

Het gehele proces moest worden verbeterd om sneller, effectiever en economischer te worden. "Er was een groot aantal verschillende meetmachines, zoals vormmeetmachines, voor ons beschikbaar voor dit doel", zegt Baumert wanneer hij terugdenkt aan de oorspronkelijke apparatuur. "Wanneer meerdere systemen worden gebruikt, zijn de bedrijfskosten ook hoger, alleen al voor het steeds weer opnieuw vastklemmen van de testonderdelen voor elk afzonderlijk meetproces. Meer bedrijfskosten betekent niets anders dan verspilde tijd."

Het werd pas echt lastig toen het personeelsbestand van de precisiemetingskamer nog nauwelijks kon voldoen aan de vraag naar 24/6 bedrijfsvoering. "Om dit knelpunt te elimineren, moesten we steeds vaker de hulp inschakelen van werknemers op de productieafdeling voor het testen in de precisiemetingskamer", zo beschrijft Baumert de situatie. Om dit mogelijk te maken waren uitgebreide instructies voor, kwalificatie van en vervolgens toezicht op de productiewerknemers noodzakelijk.

Hier werd vervolgens nog de invloed van de operator aan toegevoegd. De machines waren zeer nauwkeurig, maar door de tussenkomst van de gebruiker ging een deel van deze meetprecisie verloren, bijvoorbeeld bij het handmatig oriënteren van krukassen terwijl lijngrafieken werden gegenereerd.

Zeer strenge toleranties, beperkte tijd en verhoogde meetverwerkingssnelheid: een trio dat een uitdaging vormt voor zelfs de meest ervaren kwaliteitsinspecteur. "Als je daarnaast ook nog moet voldoen aan de strengste vereisten voor documentatie en reproduceerbaarheid van de meetresultaten, bereik je al snel een limiet voor hetgeen haalbaar is", vertelt de kwaliteitsplanner van Crank Drive Centre.

De noodzaak om actie te ondernemen was daarom duidelijk: vooral omdat het steeds moeilijker werd om reserveonderdelen en software-updates te bemachtigen voor de huidige meetapparatuur.

"Het gehele proces moest worden verbeterd om sneller, effectiever en economischer te zijn. Er moest minder invloed van de operator zijn in het meetproces en er moesten reproduceerbare resultaten worden verkregen", vat Baumert samen over de achtergronden voor de implementatie van de nieuwe meettechnologie.

Hoge verwachtingen voor nauwkeurigheid en herhaalbaarheid

Na een uitgebreid marktonderzoek en een kritisch selectieproces heeft Stihl gekozen om te vertrouwen op de oplossingsdeskundigheid van Hexagon Manufacturing Intelligence en hun ultra-nauwkeurige coördinaten meettechnologie.

"Het waren de specialisten van Hexagon die mij het beste en meest overtuigend konden uitleggen hoe we aan onze behoeften konden voldoen, ook wat betreft de functionele omvang van de software. Er was meteen vertrouwen",beaamt Baumert.

"Of we in micron-bereik aan de nauwkeurigheidsspecificaties van de klant konden voldoen met behulp van de geselecteerde Leitz PMM-C CMM, werd aan de klant bevestigd door samen met hen meettesten uit te voeren op hun componenten in onze fabriek in Wetzlar", legt Gerhard Ehling uit, Regional Sales Support Manager van Hexagon Manufacturing Intelligence en coördinator van het Stihl-project. "De verificatie van een bijbehorende capaciteitsanalyse voor herhaalbaarheid was minstens zo belangrijk. Met een Cg-waarde van 1,33 houden we Stihl ruimschoots aan de veilige kant."

De Leitz PMM-C is een 3D-CMM met een vaste brug. Hierin wordt maximale nauwkeurigheid gecombineerd met uitzonderlijke snelheid, waardoor de optimale meetverwerkingssnelheid kan worden gegarandeerd. Hierdoor kan de machine snel en voordelig alle complexe meettaken aan en zelfs worden gebruikt om tandwielen te meten.

Het ontwerp van de brug omvat onder andere een vaste, gietijzeren en een granieten basis, waardoor langdurige de stabiliteit en stijfheid kunnen worden gegarandeerd. Hierdoor zijn de meetassen zeer over het gehele meetvolume consistent nauwkeurig.

De hoge meetsnelheid wordt mogelijk gemaakt door de servo-aandrijving met kogelschroeven, die ook zeer snel accellereren over korte afstanden, terwijl de uitzonderlijk nauwkeurige positiebepaling behouden blijft. Dankzij de ontkoppelde X- en Y-assen kunnen correctie-opties snel worden doorgevoerd en de machine weer snel in gebruik genomen.

De Leitz PMM-C, die is uitgerust met een LSP-S2-tasterkop met geïntegreerde scanner voor hoge snelheden, wordt ook gekenmerkt door zijn capaciteit voor het snel vastleggen van grote hoeveelheden punten. Hierdoor is hij ook zeer geschikt voor snelle vormmetingen, zoals het geval is bij Stihl in Waiblingen.
Vanwege de scanprestaties op hoge snelheid kan hij de optimale meetsnelheden bieden, afhankelijk van de toleranties en geometrie-eigenschappen. Hoewel de snel afrondingen en rechte lijnen kan verwerken, zorgen scherpe randen en strenge toleranties ervoor dat de systeemsnelheid afneemt.

Aanzienlijke tijdsbesparing tijdens controle- en serietesten

"De tijd die we hebben bespaard op controletesten met de Leitz PMM-C is onvoorstelbaar", zegt Baumert, kwaliteitsplanner van Stihl, vol tevredenheid. "Met onze vorige apparatuur, hadden we toch wel 30 minuten nodig voor een complete meting van een krukas, voornamelijk omdat deze steeds opnieuw moest worden vastgeklemd. Nu duurt het slechts 7 minuten. En dan ook nog met maximale nauwkeurigheid en absolute herhaalbaarheid. Dat is echt indrukwekkend!"

Een belangrijk deel van de tijdsbesparing werd gerealiseerd dankzij de gebruikersspecifieke gebruikersinterface, die is gebaseerd op de QUINDOS-meetsoftware van Hexagon en speciaal is aangepast aan de behoeften van Stihl. Baumert kan dit bevestigen: "Dankzij de duidelijke begeleiding voor gebruikers en de uitgebreide configuratie van de meetprogramma's kunnen onze werknemers probleemloos omgaan met het systeem, inclusief operatorzelfcontrole. Na slechts één shift kunnen zij metingen al betrouwbaar en precies uitvoeren."

"Daarnaast wordt beïnvloeding door de oprerator vrijwel uitgesloten en biedt de software bijna automatisch optimale meetresultaten wanneer deze wordt gecombineerd met de machine", voegt Ehling, Sales Support Manager bij Hexagon, toe.

Dit is ook het geval wanneer verschillende soorten componenten moeten worden getest. De geconfigureerde QUINDOS-meetprogramma's van de individuele productfamilies, in combinatie met een geschikt product-inputmasker, zorgt ervoor dat meetprocessen altijd eenduidig zijn en de operator alleen de specifieke onderdeeldata hoeft in te voeren.

Bijkomende voordelen van testapparatuur-kalibratie

Het team van Stihl heeft ook een nieuwe toepassing voor de ultra-nauwkeurige Leitz PMM-C ontdekt. Sinds halverwege 2016 wordt de CMM ook gebruikt om testapparatuur te kalibreren, zoals de meetmiddelen in het Crank Drive Centre.

Specifiek hiervoor heeft Stihl een apparaat ontwikkeld waarmee maximaal 40 testeenheden kunnen worden vastgeklemd en geëvalueerd in een enkel meetproces. Het meetprogramma is daarentegen ontworpen door Hexagon. Dit is een prachtig voorbeeld om extra toepassingsgebieden en de geweldige flexibiliteit van de Leitz PMM-C aan te tonen binnen het kader van dit succesvolle project.

Op de kwaliteitsinspectie afdeling van Stihl's Crank Drive Centre verloopt alles nu sneller, effectiever en preciezer. Er is nu niets overgebleven dat hun tijd, inzet en efficiëntie kan schaden.