Minimale Toleranz

Mit Multisensorik effizienter und flexibler messen

Die Entwicklung und Herstellung elektromechanischer Komponenten erfordert einen hohen Spezialisierungsgrad. Wenn es zusätzlich noch um besondere Materialien und Fertigungstechnologien geht, steigen auch die Ansprüche an die Qualitätssicherung. Multisensor- Messgeräte helfen dann, die Messzeiten zu verkürzen und die nötige Flexibilität sicherzustellen.


 Auf den ersten Blick erinnern einige der Pretema-Produkte an Schmuckstücke. 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. Zum Portfolio gehören u.a. 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. Pretema-Technik im Mini-Format steckt auch in Chipkarten. Hier liefert das Unternehmen gestanzte, laminierte Leadframes für Chipkarten. Etwas größer werden die Dimensionen bei den Kunststoffteilen, z.B. Getriebesteuereinheiten für Pkws. In der Fertigung wird mit allen möglichen Materialarten gearbeitet, mit unterschiedlichen Dicken, Breiten und Geometrie. So entstehen unterschiedlichste Anforderungen an die Messtechnik bei Toleranzen von plus minus 5 µm. Damit werden auch bei den Messmaschinen Grenzbereiche erreicht. Um alle Produkte mit geeigneten Messmethoden abdecken zu können, setzte Pretema in der Vergangenheit auf taktile und optische Messgeräte. 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.


Nur eine Aufspannung
Der große Vorteil dieses Messgeräts liegt in der Kombination von taktilen und optischen Sensoren in einer Maschine.

Wird auf unterschiedlichen Maschinen zuerst optisch und dann taktil gemessen, stellen die verschiedenen Spannsituationen ein Problem dar, denn meist sind es verschiedene Vorrichtungen. Durch die Kombination verschiedener Messverfahren auf einer Maschine ergibt sich unmittelbar eine deutliche Zeitersparnis.
Für Pretema spielte es eine große Rolle, dass die neue Maschine mit taktilen Dreh-Schwenk-Tastern ausgerüstet werden konnte. Für das Messen der Kunststoffteile wurde ein Dreh-Schwenk-Kopf benötigt. Die bestehende optische Maschine konnte zwar mit einem taktilen Sensor ergänzt werden, dieser war jedoch nicht schwenkbar. Das neue Messgerät erwies sich als Ideal-Lösung. Aufgrund seines Dual Z-Designs ist es mit einer Reihe von optischen und taktilen Sensoren kombinierbar.
Dual Z-Design bedeutet, dass sich zwei Z-Vertikalachsen unabhängig voneinander bewegen. 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 dann eingeschränkt und die Gefahr für Kollisionen höher.


Verkürzte Messzeiten
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 schrumpften die Messzeiten überproportional stark. Durch die während einer Schulung am System entstandenen Idee, einen Weißlichtsensor für das Aufnehmen der Fokuspunkte in der Z-Achse beim Messen von Gehäusen zu verwenden, konnte am Ende noch mehr Messzeit eingespart werden, 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 vom Tisch. 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 mm. Die Stanzgeometrie wiederum erfasst der Vision-Sensor, eine hochauflösende CCD-­Kamera. Der Weißlichtsensor greift außerdem bei der Messung der Ebenheit, die innerhalb einer sehr engen Toleranz 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 bestand darin, eine Programmiersprache verwenden zu können, mit der die Messtechniker bereits vertraut waren. Auf den vorhandenen taktilen Messmaschinen wurde bereits PC-DMIS von Hexagon Metrology genutzt. Für die Serienprüfung durch die Werker wurde nun 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 Mitarbeiter 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. Ein Bild zeigt dann die Spannsituation an. Analog der Darstellung spannt der Werker das Teil auf, klickt auf das Bild und die Messung startet. Bedienereinflüsse werden so minimiert.
Im Werkzeugbau geht man dazu über, immer mehr Formnester in ein Werkzeug zu integrieren. Das heißt für die Messtechnik, dass mehr Bauteile effizienter gemessen werden müssen. Die Optiv Performance bietet hier eine gute Lösung.

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