3D-Scanlösung oder Koordinatenmessgerät in der Qualitätssicherung?

3D-Scanner in der Automobil- und Luftfahrt­industrie

  • Produkte, die in der Automobil- und Luftfahrtindustrie hergestellt werden, bestehen aus Hunderten von Bauteilen, die von verschiedenen Zulieferern an unterschiedlichen Standorten und durch verschiedene Fertigungsverfahren hergestellt werden. (Bildquelle: Creaform)Produkte, die in der Automobil- und Luftfahrtindustrie hergestellt werden, bestehen aus Hunderten von Bauteilen, die von verschiedenen Zulieferern an unterschiedlichen Standorten und durch verschiedene Fertigungsverfahren hergestellt werden. (Bildquelle: Creaform)
  • Produkte, die in der Automobil- und Luftfahrtindustrie hergestellt werden, bestehen aus Hunderten von Bauteilen, die von verschiedenen Zulieferern an unterschiedlichen Standorten und durch verschiedene Fertigungsverfahren hergestellt werden. (Bildquelle: Creaform)
  • Alternative zur CMM: MetraScan 3D bei der Inspektion eines Automobilteils (Bildquelle: Creaform)
  • Qualitätskontrolle mit einer CMM im Labor (Bildquelle: Creaform)

Dieser Artikel zeigt auf, wie Qualitätskontroll- und Qualitätssicherungsspezialisten in der Automobil- und Luftfahrt­industrie die Produktqualität mit 3D-Scanlösungen ohne Beeinträchtigung der Produktivität gewährleisten, die Diagnostik verbessern, gleichzeitig die Produktionsausfallzeiten begrenzen sowie die Erstmusterprüfung in einem Kontext begrenzter Ressourcen und strenger Anforderungen an hohe Genauigkeit und Auflösung beschleunigen können.

Produkte, die in der Automobil- und Luftfahrtindustrie hergestellt werden, bestehen aus Hunderten von Bauteilen, die von verschiedenen Zulieferern an unterschiedlichen Standorten und durch verschiedene Fertigungsverfahren hergestellt werden. Nach dem Zusammenbau müssen alle Bauteile zusammenpassen und korrekt ausgerichtet sein, damit die Produkte gebrauchstauglich sowie frei von Mängeln sind.

Werden beispielsweise während der Qualitätskontrolle unregelmäßige Abstände zwischen Tür und Fahrzeugkarosserie oder zwischen den Platten eines Flugzeugrumpfes gemeldet, wird die Produktion gestoppt und die Qualitätssicherung zur Inspektion aufgefordert. Dabei müssen nicht nur die Grundursache ermittelt und Qualitätsprobleme genau behoben werden, sondern es muss auch schnell eine Diagnose durchgeführt werden, da die Produktion wartet. Zudem können solche Prüfungen Tausende von Teilen und Produkten umfassen, jeweils mit unterschiedlichen Größen, Oberflächenbeschaffenheiten, Komplexitätsgraden und Geometrien.

Kontaktfreie Koordinatenmessgeräte in der Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt

Ein Jahrhundert nach Henry Fords Heureka-Moment hat der technologische Fortschritt einen exponentiellen Sprung vollzogen, der die unglaubliche Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine ermöglicht und zur Produktion von 115 Autos pro Stunde geführt hat [1].

Die Qualitätskontroll- und Qualitätssicherungsprozesse müssen jedoch mit dieser Produktionskapazität Schritt halten, damit die Produktion nicht verlangsamt wird (wenn Proben geprüft werden) und damit die Ausfallzeit begrenzt wird (wenn Probleme an der Fertigungslinie lokalisiert und schnell behoben werden müssen).

Die Qualitätskontrolle (QK) ist unerlässlich, um jede Ungenauigkeit zu erkennen, die die nachfolgenden Schritte in der Produktionslinie beeinträchtigen könnte. In der Großserienproduktion werden Musterteile zur Prüfung in die Warteschlange der CMM gebracht.
Kontaktfreie Koordinatenmessgeräte (CMMs) sind äußerst genau, benötigen aber auch Zeit. Sie müssen von geschulten und erfahrenen Mitarbeitern bedient werden – schwer zu finden auf dem heutigen Arbeitsmarkt. Da solche Messtechnik schwer zugänglich und im Allgemeinen durch alle möglichen Tests und Kontrollen überlastet ist, sind Engpässe die Regel. Diese führen häufig zu Produktivitätsproblemen, selbst wenn die geprüften Teile den Anforderungen entsprechen. Kurz gesagt: Die Produktion wartet auf die Prüfung der Teile, die wiederum auf die Verfügbarkeit der CMM warten.

Frage: Ist es möglich, bestimmte Prüfungen zu verlagern, um die CMM zu entlasten?
Qualitätssicherung (QS): Wenn Probleme von der Qualitätskontrolle oder der Produktion ermittelt werden, ergreifen die QS-Spezialisten Maßnahmen, führen eine Ursachenanalyse durch (oft unter Druck, weil die Produktion gestoppt wurde) und nehmen schnell Korrekturmaßnahmen vor, um die Ausfallzeiten zu begrenzen. Dabei müssen sie herausfinden, warum zum Beispiel ein unregelmäßiger Abstand zwischen Autotür und Karosserie besteht, warum ein Scheinwerfer nicht in den Rahmen eines Autos passt oder warum eine geschlossene Motorhaube eine unebene Form hat.

Frage: Diese Inspektionen müssen unter Umständen an Tausenden von Teilen mit unterschiedlichen Größen, Formen und Oberflächenbeschaffenheiten durchgeführt werden. Gibt es ein Werkzeug, das sich besser für die Qualitätssicherung eignet und die Vorteile der 3D-Visualisierung und der Farbkartierung nutzen kann, um Abweichungen schnell zu erkennen?
Erstmusterprüfung (FAI): Wie der Name schon sagt, verlangt eine Erstmusterprüfung die vollständige Inspektion der Teile vor Beginn der Produktion. Da alle Merkmale gemessen und überprüft werden müssen, nimmt sie viel Zeit in Anspruch, insbesondere wenn die komplette FAI auf der CMM durchgeführt wird.

Frage: Ist es möglich, weniger kritische Messungen auf ein anderes Messinstrument umzuleiten und nur die für die Prüfung entscheidenden Abmessungen auf der CMM durchzuführen?
Luft- und Raumfahrtindustrie: Von Rippen und Längsbalken bis hin zu Fahr- und Triebwerken bestehen Flugzeuge aus Millionen von Bauteilen, die von Tausenden von Unternehmen in vielen verschiedenen Ländern der Welt hergestellt werden. Da die Luft- und Raumfahrtindustrie auf eine Vielzahl von Zulieferern und Subunternehmern angewiesen ist, die verschiedene komplexe Teile mit speziellen Oberflächen und Behandlungen bauen müssen, muss die Qualität über die gesamte Lieferkette hinweg sichergestellt werden, wobei die Produktionsvorlaufzeiten eingehalten und die Kosten unter Kontrolle gehalten werden müssen.

Da die Leistungskriterien und Toleranzen in der Luft- und Raumfahrt noch restriktiver sind, müssen kritische Merkmale mit der CMM kontrolliert werden. Diese muss von spezialisierten Mitarbeitern programmiert und bedient werden. Da ältere Mitarbeiter in den Ruhestand gehen, befürchten viele Unternehmen, dass es in der Belegschaft nicht genügend Personal mit den richtigen Fähigkeiten gibt. Mangelnde Erfahrung und unzureichende Ausbildung für den Betrieb von CMMs sind eine Herausforderung für Hersteller, die alle von den Industrienormen geforderten Prüfungen durchführen müssen.
Die Qualitätskontrolle muss sehr sorgfältig durchgeführt werden, da die Auswirkungen eines Fehlers für die Luft- und Raumfahrtindustrie generell größer sind. Selbst wenn das Produktionsvolumen kleiner ist, sind die Kosten bei möglichen Schäden höher. Die Geschichte der Boeing 737 Max veranschaulicht die Konsequenzen, denn laut Medienberichten kostet ein Startverbot für den Flugzeugtyp American und Southwest Airlines mehr als 1 Milliarde Dollar an Umsatz- und Effizienzverlusten [2]. Daher ist die Zugänglichkeit der CMM wichtig, um die Kontrolle kritischer Maße zu gewährleisten. Wenn die CMM aufgrund von Engpässen, die durch die Kontrolle weniger wichtiger Merkmale verursacht werden, nicht verfügbar ist, kann dies die Teilequalität sowie die Produktionsvorlaufzeit und die Herstellungskosten beeinträchtigen.

Daher muss die CMM nicht nur für die Qualitätskontrolle zur Verfügung stehen, sondern auch für die Durchführung von Erstmusterprüfungen, insbesondere bei kritischen Maßen neuer Teile, die industrialisiert werden sollen. Je mehr neue Teile es gibt (wie so oft bei neuen Programmen), umso mehr FAIs müssen ausgeführt werden und umso mehr Zeit – und Personal – muss für den Betrieb der CMM zur Verfügung stehen. Es sei denn, es gibt eine alternative Lösung, die einfacher zu benutzen und für weniger kritische Maße ziemlich genau ist.

Alternative Lösung zur CMM

Um die Produktqualität zu gewährleisten, die Diagnose zu verbessern und FAIs zu beschleunigen, benötigen die Automobil- und Luftfahrtindustrie eine alternative Messlösung zur Unterstützung der CMM, die den QK- und QS-Fachleuten Genauigkeit, Geschwindigkeit, Tragbarkeit, Vielseitigkeit und Verständlichkeit bietet.

Genauigkeit: Die Qualität der Messungen ist wesentlich, um die zuvor der CMM zugewiesenen Prüfungen zu übernehmen. Zudem muss die Alternativlösung genaue, hochauflösende und wiederholbare Ergebnisse liefern, unabhängig von der Qualität des Messaufbaus, unbeständigen Umgebungsbedingungen und dem Erfahrungsniveau des Benutzers.

Geschwindigkeit: Da die CMM langsam arbeitet und die Programmierung Zeit braucht, muss die alternative Lösung schneller arbeiten. Ebenso sollte sie eine schnelle Einrichtung, Echtzeit-Scans und einsatzbereite Dateien ermöglichen, damit QS- und QK-Fachkräfte sich ihre wertvolle Zeit für die Erfassung und Analyse aufsparen können. Dadurch werden die QS-Analyse und die FAIs beschleunigt und gleichzeitig werden die Produktionsausfallzeiten begrenzt.
Tragbarkeit: Da Untersuchungen oft direkt an der Produktionslinie stattfinden, müssen die QS-Spezialisten mit einem Gerät ausgestattet sein, das unter verschiedenen Umgebungsbedingungen arbeiten kann, ohne dass die Leistung oder Genauigkeit beeinträchtigt wird. Im Gegensatz zur CMM, die in einer kontrollierten Umgebung aufbewahrt werden muss, muss das alternative Messinstrument flexibel genug sein, damit man es dorthin bringen kann, wo sich das jeweilige Teil befindet.

Vielseitigkeit: Darüber hinaus muss die Alternativlösung die Möglichkeit bieten, verschiedene Teilegrößen und -formen – wie sie in der Automobilindustrie regelmäßig vorkommen – sowie komplexe Geometrien und Oberflächenbeschaffenheiten, wie sie in der Luft- und Raumfahrtindustrie üblich sind, zu messen, beispielsweise poliertes Aluminium.

Verständlichkeit: Schließlich muss das alternative Messinstrument im Vergleich zur CMM einfacher zu bedienen sein und darf keine Programmierzeit erfordern, damit auch Personen ohne spezielle Ausbildung, Fähigkeiten oder Erfahrung es bedienen können.

Fazit

Genaue, schnelle, tragbare, vielseitige und benutzerfreundliche 3D-Scanlösungen wie die MetraScan 3D Produktreihe von Creaform sind eine Alternativlösung für QS- und QK-Fachkräfte in der Automobil- und Luftfahrtindustrie, die schnell und effizient Qualitätsprobleme beheben und Teile mit geprüfter Qualität liefern möchten.

Durch Hinzufügen eines messtechniktauglichen 3D-Scanners zum Messgerätesatz können empfindliche Prüfungen von Maßen mit hohen Toleranzen strikt der CMM zugeordnet werden, während alle übrigen Kontrollen mit dem MetraScan 3D durchgeführt werden können. Diese Maßnahme gewährleistet nicht nur die Produktqualität über die gesamte Lieferkette, sondern verbessert auch die Diagnose von gemeldeten Qualitätsproblemen und beschleunigt die FAI in einem Kontext begrenzter Ressourcen und strenger Anforderungen.

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