Optische Messmittel im Aufwind

Es macht keinen Sinn, mit einem Lasertracker kleine Bauteile zu vermessen oder mit taktilen Koordinaten-Messgeräten (KMG) große Freiformflächen auf ihre Oberflächen-Genauigkeit zu kontrollieren.

Karosseriebau in Dingolfing

Wirtschaft

BMW: So erhöht automatisierte Messtechnik die Qualität

Im Karosseriebau sind die Toleranzen eng gesteckt. BMW arbeitet daher bei allen Gewerken mit Inline-Messanlagen, die Abweichungen in Echtzeit erkennen. Und beim Anlauf neuer Karossen sichert ein automatisierter 3D-Flächenscan die Qualität.

Immerhin hat es beim Einsatz von KMG in den letzten Jahren einen deutlichen Bewusstseinswandel gegeben: "Mittlerweile ist die Bedeutung der Messtechnik für die einwandfreie Qualität der Bauteile in den Köpfen von Geschäftsführeren, Werks- und Fertigungsleitern angekommen", berichtet Dirk Berndt vom Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF.

Das war vor zehn Jahren noch anders: Die Messtechnik wurde häufig als lästiges Übel angesehen. Wenn alles gut lief, wurde der Messtechniker kaum wahrgenommen. In den Fokus rückte er immer dann, wenn es schlechte Nachrichten gab und das Bauteil nicht passte. Ein undankbarer Job. "Heute ist die Messtechnik im Rahmen der Qualitätssicherung fest in die Produktionsabläufe eingebunden", so Berndt.

Welche Trends gibt es in der berührungslosen optischen Messtechnik?

Bei berührungslosen optischen Messmitteln gibt es zwei große Trends:

1. Die Messtechnik rückt immer näher an die Fertigungslinien. Somit lassen sich Fehler fast in Echtzeit erkennen und es kann sofort reagiert werden. Es gibt sogar bereits erste Ansätze zu einem Regelkreis: Das Bauteil oder die Bearbeitung wird automatisch kontrolliert und bei Abweichungen die CNC-Steuerung der Maschine entsprechend nachjustiert. Wie das beispielweise bei Werkzeughaltern umgesetzt wird, lesen im Beitrag 'Wie Sensoren Werkzeughaltern Gefühle verleihen'.
2. Ein weiterer Trend geht hin zur berührungslosen optischen Messtechnik. Diese optischen Messsysteme werden immer genauer und schneller. Sie eignen sich besonders zur schnellen Überprüfung flächiger Bauteile.

Werden klassische taktile Koordinaten-Messgeräte bald aussterben?

Nein, sie ermöglichen auch in Zukunft einmalige Genauigkeiten, von denen die optischen Messmittel noch weit entfernt sind. Aus diesem Grund wird auch der klimatisierte Messraum nicht aussterben. Temperatureinflüsse lassen sich zwar erfassen, doch für Genauigkeiten im µm-Bereich geht es nicht ohne einen klimatiserten Messraum. Dazu kommt auch noch das Problem mit Vibrationen und Schmutz.

Welches Messmittel ist für welchen Einsatz am besten geeignet?

In der optischen Messtechnik gibt es viele verschiedene Systeme, die vielfältig eingesetzt werden können - da ist es manchmal nicht so einfach sich eine der Technologien zu entscheiden. Eine genaue Betrachtung der Eigenschaften der verschiedenen Messmittel im Hinblick auf die Anforderungen ist eine gute Entscheidungshilfe. Das sind die Einsatzgebiete sowie die Vor- und Nachteile gängiger optischer Messmittel:

3D-Scanner

Genauso wie tragbare Koordinaten-Messgeräte können fast alle 3D-Scanner flexibel im Fertigungsbereich bewegt werden, und sie sind – ebenso wie optische tragbare KMG – in der Lage, in komplexen Fertigungsbereichen zu messen, die sich häufig durch Temperaturschwankungen, Vibrationen, unerfahrene Anwender usw. auszeichnen. Sie ermöglichen eine besonders hohe Informationsdichte der erfassten Daten und umfassende Analysemöglichkeiten.

Vorteile:

• Hohe Erfassungsgeschwindigkeit und Informationsdichte zur Analyse
• Kurze Dauer bis zur Auswertung eines vollständigen Teils
• Effiziente Digitalisierung komplexer Formen mit einer großen Anzahl von Punkten
• vollkommen kontaktlos
• Bestes Prüfmittel für Freiform-Oberflächen

Nachteile:

• Das Messobjekt muss sich auf der Sichtachse des Scanners befinden
• Viel zu umfangreiche Lösung für die Anwendung bei einfachen geometrischen Formen, wie Stiften und Löchern

Mit 3D Scannern können sogar ganze Karosserien vermessen werden, wie dieses Video von GOM Metrology zeigt:

Fest installierte Koordinaten-Messgeräte

Andere Messwerkzeuge sind fest installierte Koordinaten-Messmittel. Sie eignen sich für komplexe Messobjekte deutlich besser als Hand-Messmittel. Tatsächlich kann mit ihnen nahezu jedes Merkmal/Maß mit sehr hoher Genauigkeit gemessen werden. Aus genau diesem Grund sind sie für QS-Manager auch die erste Wahl bei Messgeräten.

Vorteile:

• Effizientes optisches Messverfahren für komplexe Teile
• hohe Flexibilität
• Zugang zu automatisch erstellten Berichten
• Möglichkeit, sämtliche Arten von Merkmalen zu messen und zu prüfen
• Unschlagbare Genauigkeit

Nachteile:

• Die Kontur des Messkörpers wird durch die Größe des Messtischs beschränkt
• Hohe Verwendungskosten
• Umfangreiche technische Kenntnisse erforderlich
• Fest am Boden installiert
• Starre Einrichtung erforderlich

Laser-Tracker als fest installierte Koordinaten-Messgeräte

Werkzeuge dieser Unterkategorie werden häufig eingesetzt, um große Teile zu messen. Während fest installierte KMG durch die Messtischfläche und tragbare KMG durch ihr Messvolumen begrenzt werden, können Laser-Tracker Teile wie Tragflächen oder Fahrzeugrahmen sowie große Werkzeuge messen. Zu den Nachteilen gehört jedoch, dass sie eine starre Einrichtung erfordern und äußerst bewegungsempfindlich sind.

Hand-Messmittel

Zu den am weitesten verbreiteten Handmessgeräten gehören Bügelmessschrauben, Messschieber, Winkelmesser und Prüflehren. Sie werden vornehmlich für einfache Prüfungen und grundlegende Messungen herangezogen, wie zum Beispiel Messen eines Durchmessers, einer Wandstärke oder anderer Maße, für die kein Bericht erforderlich ist.

Vorteile:

• Einfache Anwendung
• Nur technische Grundkenntnisse erforderlich
• Geringe Messunsicherheit
• Schneller Einsatz für einfache Messungen und Merkmale

Nachteile:

• Wiederholbarkeit: Die Messung beruht auf der Handhabung des Anwenders
• Auswahl des am besten geeigneten Werkzeugs gestaltet sich schwierig, da für jede Messung ein anderes Gerät erforderlich ist
• Einsatz bei komplexen Teilen schwierig

Tragbare Koordinaten-Messgeräte

Tragbare KMG sind die Alternative, wenn ein Teil nicht vom Fertigungsbereich in das Messlabor transportiert werden kann. Sie verfügen über die Vorteile eines fest installierten KMG und sind mobil, sodass Sie das Messmittel in den Fertigungsbereich, ein anderes Gebäude oder das Werk eines Lieferanten mitnehmen können.

Vorteile:

• Mobilität: Das Messmittel kommt zum Bauteil (nicht umgekehrt)
• Einfache Verwendung
• Möglichkeit einer direkten Messung im Fertigungsbereich

Nachteile:

• Empfindlich gegenüber Vibrationen, nicht für Messungen in instabilen Fertigungsbereichen geeignet
• Starre Einrichtung erforderlich
• Erfahrung und Fertigkeiten des Anwenders können sich auf die Messgenauigkeit auswirken
• Genauigkeitsverlust

Optische tragbare Koordinaten-Messgeräte

Werkzeuge dieser Unterkategorie der tragbaren KMG bieten dieselben Vorteile wie einfache tragbare KMG, haben aber einen entscheidenden Vorteil: Eine starre Einrichtung entfällt. Das bedeutet, dass wirklich alles (Tracker, Messgerät und Messkörper) während der Messung bewegt werden können.

Dadurch wird etwas Druck von den Anwendern genommen. Außerdem müssen ihre technischen Kenntnisse nicht stark ausgeprägt sein, da weniger Fehler aufgrund zusätzlicher Handgriffe und Ausrichtungen entstehen. Kurz: Optische tragbare Koordinaten-Messgeräte sind perfekt auf Messungen im Fertigungsbereich abgestimmt.

Wie tragbare optische Koordinaten-Messtechnik funktioniert, erfahren Sie in diesem Video von Creaform: