Branchen- Specials - Innovationsforum Quality Engineering

ww
ww.
w.q
qe
e-o
-onl
n in
nl
ne.d
de
Innovationsforum
der QUALITY ENGINEERING
Qualitätssicherung 4.0 – smarte Messtechnik
für Produktion und Messraum
Datenbrille
Sichtprüfung mit Gedächtnis
Software-Qualität
Frühe Fehlererkennung
schafft Sicherheit
Additive Fertigung
Herausforderung für
die Qualitätskontrolle
BranchenSpecials
Maschinenbau
Elektronik
Fo
orsch
hun
ngszentru
um führt QM-Systeme zusam
mmen
03.15
:: Innovationsforum
Innovationsforum 2015 der Quality Engineering
Smarter
Informationsaustausch
Am 15. Oktober findet das zweite Innovationsforum der Quality Engineering
in Stuttgart statt. Auf die Teilnehmer warten viele spannende Vorträge von
namhaften Branchenexperten, die sich alle um ein Thema drehen:
Qualitätssicherung 4.0 – smarte Messtechnik für Produktion und Messraum.
Die Messtechnik wird immer stärker mit der Fertigung
verzahnt. Schnelligkeit und Flexibilität sind gefragt,
wenn die Messtechnik nicht zum Flaschenhals der Produktion werden soll: Denn die Stückzahlen werden kleiner, die Lieferzeiten kürzer, die Zahl der Werkstoffe größer – und gleichzeitig die Toleranzen geringer.
Anmeldung
Anmelden zum Innovationsforum unter:
www.qe-online.de/innovationsforum
Per E-Mail: [email protected]
Per Fax +49 711 7594–1520
Die Teilnahme ist nur nach vorheriger Anmeldung bis zum
09.10.2015 möglich. Die Teilnahmegebühr beträgt 80 € zzgl. MwSt.
28
Integriert in ein smartes Fertigungskonzepts kann die
Messtechnik diesen Herausforderungen begegnen. Analog zum Industrie-4.0-Gedanken – also der Vernetzung
von Maschinen, Anlagen und sogar Bauteilen – entwickelt sich somit Qualitätssicherung 4.0.
Doch was bedeuten die Vernetzung und die Entwicklung smarter Systeme konkret für die Qualitätssicherung? Findet die Qualitätskontrolle künftig nur noch in
der Fertigungslinie oder daneben statt? Oder wie sieht
der smarte Messraum aus? Welche Rolle spielt die klassische, taktile Messtechnik in diesem Szenario – und mit
welchen Maßnahmen wird sie für smarte Messaufgaben fit gemacht?
Diesen und weiteren Fragen widmet sich das zweite
Innovationsforum von Quality Engineering, das am 15.
Oktober in Stuttgart stattfindet. In zehn Vorträgen werden sich Branchenexperten mit den Themen rund um
die smarte Messtechnik und Qualitätssicherung beQuality Engineering 03.2015
Programm
09:30 Uhr
Begrüßung
Sabine Koll und Markus Strehlitz, Redaktion QUALITY ENGINEERING
09:35 – 10:10 Uhr
Industrie 4.0 – Nur großer Hype? Oder wie lässt sich ein Mehrwert
für Messtechnik/Qualitätssicherung generieren?
Offene Podiumsdiskussion
10:10 – 10:30 Uhr
Messtechnik für Produktion/Messraum – Smarte Lösungen auf dem
Weg von der Qualitäts- zur Produktionssicherung
Katrin Schenk, Produktmanagerin/ Business Development,
Zeiss Consulting
Johannes Möhrle, Produktmanager Fertigungsmesstechnik,
Carl Zeiss Industrielle Messtechnik
10:30 – 11:00 Uhr
Kaffeepause und Besuch der Ausstellung
11:00 – 11:20 Uhr
Von automatisierten, vernetzten Messsystemen bis zur präventiven Zustandsüberwachung: Veränderungen durch Fertigungsmesstechnik 4.0
Utz Wolters, Leiter Branchenmanagement, Mahr
11:20 – 11:40 Uhr
Messdatenfluss bei der spanenden Bearbeitung – wo gibt es
Potenzial zur Informationsgewinnung?
Dr. Jan Linnenbürger, Leiter Messtechnik/Qualitätssicherung,
Renishaw
11:40 – 12:00 Uhr
Mobile Messgeräte, intuitiv zu bedienende Software –
innovative Ansätze für Messtechnik 4.0
Jörg Schröder, Bereichsleiter Vertrieb,
Dr. Heinrich Schneider Messtechnik
12:00 – 12:20 Uhr
Innovative optische Wellenmesstechnik für die Fabrik von morgen
Adelbert Leber, Leiter Produktmanagement,
Jenoptik Industrial Metrology
Der Trend zur intelligenten Fabrik wirft
viele Fragen auf. Das Innovationsforum
12:20 – 13:20 Uhr
Mittagessen und Besuch der Ausstellung
13:20 – 13:50 Uhr
Keynote: Zukunftssicherung der Qualität –
gibt die Antworten
Bild: Jochen Hempler
Qualitätssicherung der Zukunft
Dr. Benedikt Sommerhoff, Leiter DGQ-Regional,
Deutsche Gesellschaft für Qualität
schäftigen. Im Vordergrund stehen dabei konkrete Lösungen und Technologien, die bereits angewandt werden. Die Referenten kommen von Zeiss, Mahr, Renishaw,
Dr. Schneider Messtechnik, Jenoptik, Keyence, Böhme &
Weihs, Steinbichler, Nikon Metrology, HBM und API.
DGQ-Experte Benedikt Sommerhoff wird sich in seiner Keynote mit den künftigen Herausforderungen für
die Qualitätssicherung beschäftigen und dabei auch die
Auswirkungen auf die Qualitätsverantwortlichen ansprechen. Eine Podiumsdiskussion mit den Referenten
wird den Tag eröffnen. Einen Einblick in die einzelnen
Beiträge der Referenten finden Sie auf den folgenden
Seiten.
Das Innovationsforum wendet sich an Entscheider in
der Fertigungs- und Qualitätssicherung aller Branchen,
Inhaber und Geschäftsführer mittelständischer Unternehmen mit eigener Produktion sowie Systemintegratoren. Außerdem adressiert es Ingenieurbüros, die sich
über die aktuellen Trends in der Qualitätssicherung informieren möchten.
Treffpunkt ist das Mövenpick Hotel in Stuttgart, das
mit seiner Lage am Stuttgarter Flughafen und der direkten Nähe zu Autobahn und S-Bahn-Station eine perfekte
Verkehrsanbindung bietet. In einem angenehmen Ambiente findet sich ausreichend Raum für angenehme Gespräche unter Teilnehmern, Referenten und Sponsoren. ■
Quality Engineering 03.2015
13:50 – 14:30 Uhr
Messen und Auswerten auf Knopfdruck und Modulare Standardsoftware für effiziente Messdatennutzung
André Harms, Vertriebsleiter Messtechnik, Keyence
Guido Goldammer, Vertriebsleiter, Böhme & Weihs
14:30 – 14:50 Uhr
Automatisiertes Laserscannen als innovatives Instrument
der Qualitätskontrolle
Josef Mederer, Key Account Manager Automatisierung,
Steinbichler Optotechnik
14:50 – 15:20 Uhr
Kaffeepause und Besuch der Ausstellung
15:20 – 15:40 Uhr
Computertomografie: Aktuelle Möglichkeiten und
Grenzen im fertigungsnahen Einsatz
Gábor Szabó, Sales Account Manager X-Ray & CT, Nikon
15:40 – 16:00 Uhr
Effizientere Produktionsanlagen durch intelligente Messtechnik –
Messtechnik-Anforderungen in mechatronischen Systemen im Zuge
von Industrie 4.0
Michael Guckes, Produktmanager industrielle Messverstärker
und Software, Hottinger Baldwin Messtechnik
16:00 – 16:20 Uhr
Produktionsorientierte Messtechnik zur Verbesserung von Prozessen
und der Wirtschaftlichkeit
Martin Säger, Regional Sales Manager, API
ca. 16:30 Uhr
Ende der Veranstaltung
29
:: Innovationsforum
Promotion
Bei Umgebungstemperaturen zwischen 15 und 40 °C
erzielt Duramax High Temperature & Gradients (HTG)
eine Genauigkeit bis auf
3,9 μm Bilder: Zeiss
Smarte Lösungen auf dem Weg von der Qualitäts- zur Produktionssicherung
Zuverlässig zwischen
15 und 40 °C
Es benötigt wenig Platz und ist unempfindlich gegenüber mechanischen Schwingungen und
Temperaturschwankungen. Diese Eigenschaften qualifizieren das 3D-Koordinatenmessgerät
Duramax von Zeiss für den Einsatz in der Fertigungsumgebung – neuerdings sogar bei
Umgebungstemperaturen zwischen 15 und 40 °C.
Temperaturen von über 30°C sind selbst in Fertigungshallen in den gemäßigten Klimazonen keine Ausnahme.
Auch die immer kompakter aufgebauten Fertigungslinien tragen zum Aufheizen der Räume bei, weil unter anderem die Bearbeitungsmaschinen Wärme abstrahlen.
Erschwerend kommt hinzu, dass die Mess- und Prüftechnik aus Gründen der Prozessoptimierung immer näher
an die Bearbeitungsanlagen und
damit an die Wärmequellen heDas Unternehmen
ranrückt.
Dies kann die QualitätssicheCarl Zeiss Industrielle Messtechnik ist Weltmarktführung vor Herausforderungen stelrer bei CNC-Koordinatenmessmaschinen und Komlen, weil Hitze und Temperaturplettlösungen der mehrdimensionalen Messtechnik in
schwankungen die Genauigkeit
Messlabor und Fertigung. Das Unternehmen ist anerder Messgeräte beeinträchtigt.
kannter Partner der Automobilindustrie und ihrer ZuProblematisch sind vor allem witlieferer. Von Fertigungsstandorten und in vier Ländern
terungs- und situationsbedingte
und mehr als 100 Vertriebs- und Servicezentren aus
Schwankungen, die mitunter
sind ca. 3000 Beschäftigte für die Kunden weltweit tä- schwer planbar sind. Aber auch
tig. Das Angebot umfasst Portalmessgeräte, Horizonteine mangelhaft umgesetzte Klialarm-Messgeräte, Fertigungsmessgeräte, Optischematisierung kann durch direkte,
und Multi-Sensor-Messgeräte.
stoßartige Luftströmungen auf
ein Koordinatenmessgerät die
Messwerte verfälschen.
30
Eine professionelle Klimatisierung, welche die Temperaturen konstant hält, wäre die Lösung. Doch die kostet Geld, insbesondere der Betrieb und die Instandhaltung der Anlage. Gerade in den tropischen und subtropischen Regionen Asiens oder Zentral- und Südamerikas,
aber auch in Teilen der USA und Südeuropas wird deshalb häufig auf eine Klimatisierung der Fertigungshallen
verzichtet.
Kompakte Maße und erweiterter Temperaturbereich
Aus diesen Gründen hat Zeiss sein kompaktes Koordinatenmessgerät Duramax weiterentwickelt. Die Maschine
arbeitet nun in einem auf mehr als das doppelte erweiterten Temperaturbereich so zuverlässig wie gewohnt:
Bei Umgebungstemperaturen zwischen 15 und 40 °C erzielt Duramax High Temperature & Gradients (HTG) eine
Genauigkeit bis auf 3,9 μm. Nicht nur der Temperaturbereich, in dem das Gerät diese hohe Genauigkeit erreicht,
auch die maximal zulässigen Schwankungen im Stunden- und Tagesverlauf konnte Zeiss anheben. Nun toleriert das Messgerät eine Temperaturänderung um bis zu
50 % pro Stunde und um 100 % pro Tag mehr –- ohne Beeinträchtigung der Messqualität.
Quality Engineering 03.2015
Einflüsse auf das Messergebnis
Möglich wurde eine solch hohe Präzision, die selbst
bei hohen Temperaturen und Schwankungen gewährleistet ist, dank der Verwendung neuer, hochwertiger
Komponenten und auf Basis zahlreicher Auswertungsdaten der weltweit 3000 installierten Geräte des Duramax. Ein Ergebnis der Modernisierung: Die Entwickler
isolierten die Z-Achse des Messgeräts durch eine Haube
von der Umgebung ab. Um darüber hinaus den Temperatureinfluss zu reduzieren, versahen sie den Grundkörper
des Messgerätes mit einer reflektierenden Edelstahlverkleidung und einer Spezial-Isolierung. Die höhere Temperaturresistenz bedeutet für den Betreiber eine deutliche Reduzierung der Betriebskosten gegenüber einer Klimatisierung oder der Einrichtung eines fertigungsnahen
Messraums – und das bei verlässlicheren Messwerten.
100 % Prüfungen sind nicht notwendig
Immer wieder müssen Unternehmen feststellen, dass
trotz ausführlicher Auftragsbeschreibungen und kontrollierter Fertigung nicht alle zugelieferten Bauteile
exakt zueinander passen. Aus Angst vor teuren Rückrufaktionen oder Reklamationen gehen viele Unternehmen daher gleich auf Nummer sicher und prüfen die zugelieferten Teile trotz ausführlicher Messprotokolle zu
100 % nach. Diesen zeit- und ressourcenintensiven Aufwand könnten sich viele Unternehmen jedoch sparen –
vorausgesetzt, sie würden den Messprozess ihrer Zulieferer durch externe Experten prüfen und zertifizieren
lassen.
Es gibt kaum ein Werkstück, dessen Gestaltparameter
mit heutigen Koordinatenmessgeräten nicht messbar
sind. Das Problem: Die Zunahme des Funktionsumfangs
der Messmaschinen hat nicht nur deren Möglichkeiten
erweitert, sondern auch ihre Handhabung komplexer
gemacht. Mit der Konsequenz, dass selbst Messergebnisse deutlich voneinander abweichen, die mit demselben Koordinatenmessgerät an demselben Werkstück
unter vergleichbaren Umgebungsbedingungen gewonnen werden. Grund dafür sind alleine die vielfältigen Definitions- und Einstellmöglichkeiten in der Messsoftware. Die Vergleichbarkeit der Messergebnisse ist jedoch
in der heutigen, global organisierten Industrieproduktion mit ihren immer enger werdenden Fertigungstoleranzen mittlerweile so wichtig wie die Genauigkeit. Ein
erster Schritt hin zur Vergleichbarkeit der Messerergebnisse ist es, die Einflüsse auf den Messprozess zu kennen.
Auch die Qualifikation der Mitarbeiter
hat Einfluss auf die Messergebnisse
Dass Temperatur, Schwingungen und Verunreinigungen
Messergebnisse verfälschen können, ist weitgehend bekannt. Doch laut einer internen Studie von Zeiss beeinflussen diese Faktoren das Messergebnis nur zu einem
kleinen Teil. Das Werkstück selbst, das Messgerät inklusive Taster und Aufspannvorrichtungen, das gewählte
Messverfahren und nicht zuletzt der Bediener selbst haben einen sehr viel größeren Einfluss darauf, ob das ReQuality Engineering 03.2015
sultat der Messung richtig und reproduzierbar ist. Nach
Erkenntnissen von Zeiss lagen die größten Defizite bei
den von ihnen untersuchten Unternehmen im Bereich
der Qualifikation der messtechnischen Mitarbeiter und
insbesondere bei der fehlenden Standardisierung und
Dokumentation der Messstrategien.
Dass sich trotz dieser vielfältigen Einflüsse und Fehlerquellen Vertrauen in die Messergebnisse schaffen
lässt, beweist Zeiss mit seinem Messprozess-Assessment. Ein Angebot, das völlig unabhängig davon ist, ob
die eingesetzten Koordinatenmessgeräte von Zeiss oder
von einem anderen Hersteller stammen.
Das Messgerät selbst hat
letztlich den geringsten
Einfluss auf das Messergebnis, wie Untersuchungen von Zeiss belegen
Benchmark schafft Vertrauen bei Kunden
Die Erfahrungen zeigen: Der Benchmark-Wert schafft
Vertrauen. Die Carl Zeiss Semiconductor Manufacturing
Technology GmbH beispielsweise misst inzwischen
nicht mehr bei den Lieferanten zu 100 % nach, die im
Assessment einen Wert von 80 % oder besser erreicht haben. Dadurch konnte das Unternehmen erhebliche Kosten einsparen und die Durchlaufzeiten verringern. Mittlerweile sind Messprozess-Assessments daher wichtige
Bestandteile im jährlichen Audit-Programm.
Das heißt, Carl Zeiss Semiconductor Manufacturing TechnoloDie Referenten
gy plant regelmäßig Messprozess-Assessments sowie andere
Lieferanten-Audits und nutzt
dabei einheitliche Reportingstrukturen und MaßnahmenTrackings. Außerdem werden
Messprozess-Assessments bei
allen neuen Lieferanten eingesetzt. Dadurch ist bereits sehr
früh klar, ob ein potenzieller Lieferant die Teile nicht nur ferJohannes Möhrle
tigen, sondern auch verlässlich Katrin Schenk
Produktmanager
qualifizieren kann. Durch diese Produktmanagerin/
Fertigungsmesstechnik
früh einsetzende und enge Zu- Business Development
Carl Zeiss Industrielle
sammenarbeit mit dem Liefe- Zeiss Consulting
Messtechnik
ranten reduziert das Unternehwww.zeiss.de
men deutlich seine nachgelagerten Kosten und Aufwände von
■
intern zu extern.
31
:: Innovationsforum
Promotion
Die Messmaschinen von
Mahr können mit den
Produktionsmaschinen
vernetzt werden
Von automatisierten, vernetzten Messsystemen bis zur präventiven Zustandsüberwachung
Mehr Qualität, weniger Kosten
Die Vision Industrie 4.0 zeigt, dass ganz neue Anforderungen an Produktionssysteme und
Maschinen gestellt werden. Sie müssen anpassungsfähig sein, da die zu fertigenden Produkte ständig wechseln können. Das heißt: Die Produktion wird individueller, flexibler und
schneller. Dabei ergeben sich viele Ansatzpunkte für die Messtechnik.
Der Referent
Utz Wolters
Leiter Branchenmanagement
Mahr
www.mahr.de
32
Ziel aller Aktivitäten wird es zukünftig sein, noch zwingender Qualität zu produzieren und so die Gemeinkosten zu senken. Dadurch sind folgende Ansatzpunkte für
die Maschinen und Instrumente im Bereich der fertigungsnahen Messtechnik aufzuzeigen:
앫 Automatisierung als Baustein mit dem Ziel, die Prüfkosten zu minimieren;
앫 die Messprozesse kennen und im Griff haben, um die
Prüfstückkosten zu minimieren;
앫 grenzenlos kommunizierende Komponenten führen
zu vernetzten Systemen und zu Cloud Monitoring;
앫 der Blick in die Maschine zeigt die Möglichkeiten der
präventiven Zustandsüberwachung;
앫 integrierte Systeme bedeuten vernetzte Einheiten mit
Sensorik zur Selbstüberwachung.
Die Vision setzt auf flexible, automatisierte und vernetzte Maschinen in der Fertigung. Mahr bietet dafür die
passenden Antworten für die Qualitätssicherung: Die
Messung von Nockenwellen auf dem Wellenmesssystem Marshaft Scope 750 plus mit einer Werkstückbeladung per Roboter zeigt beispielhaft, wie Messungen innerhalb der Fertigungslinie erfolgen.
Die Messmaschinen von Mahr können dabei mit den
Produktionsmaschinen vernetzt werden. So kann bei abweichenden Toleranzen die Fertigung selbsttätig ange-
passt werden. Diese von Bedienfehlern freie Sicherung
der Werkstückqualität macht die Produktion deutlich
prozesssicherer.
Mit dem Messplatz Marsurf CNC modular zeigt Mahr
außerdem flexibles und vernetztes Messen verschiedener Werkstücke: Automatische Teileerkennung, Teilebeschriftung und Roboterhandling sind neue Möglichkeiten der Messtechnik in heutigen und zukünftigen Produktionssystemen. Messtechnik ist eine Schlüsseltechnologie innerhalb der Produktion und übernimmt neben
der Erfassung von Prüfwerten immer mehr Aufgaben.
Weitere Trends im Bereich der Messtechnik sind Analysen der Prozessfähigkeit. Dabei ist das Bosch Heft 10
als eines der wichtigen Leitwerke zu nennen. Dort werden unter anderem die Prozeduren eines %GRR-Verfahrens beschrieben, die zum Beispiel nur ein 40stel der Toleranz als Streuung zwischen dem sich wiederholenden
Einzelmesswert zulassen. Das sind bei einer Toleranz von
1 μm nicht mehr als 14 Nanometer Abweichung zwischen zwei Wiederholmessungen am zwischendurch
aus- und wieder eingewechselten Teil. Diese Genauigkeitsanforderungen wiederum führen in der Entwicklung der Messtechnik zu einem Mehr an MultiachsenMessmaschinen, denn nur so lässt sich der Bedienereinfluss auf das Mindestmaß reduzieren.
Quality Engineering 03.2015
Marsurf CNC modular bietet
automatische Teileerkennung,
Teilebeschriftung und Roboterhandling (unten)
Closed Loop, also die Steuerung der Bearbeitungsmaschine durch die Ergebnisse der Messstation, ist heute bereits Stand der Technik. Dabei ist es besonders wichtig, dass der zugeschaltete Messprozess sehr stabil und
ohne Ausreißereffekt funktioniert. Denn sonst wird der
Prozess „zerregelt“. Zukünftig wird sich der Closed Loop
also nicht nur auf die Kombination Bearbeitungsmaschine vs. Messstation begrenzen.
Leitstandgedanke wird wichtiger
Durch die Informationsvernetzung wird eine Kommunikation und damit eine Einflussnahme zwischen den
Messstationen stattfinden. Ist der Prozess nahe oder
exakt dem Nennmaß, wird möglicherweise die Stichprobenhäufigkeit – also die Messhäufigkeit – im nächsten,
nachgelagerten Prüfprozess reduziert. Oder es wird eine
größere Toleranz für den Folgeprozess zugelassen.
Entfernt sich der Prozess von der Idealsituation, wird
umgekehrt wieder auf den ursprünglichen Prüfprozess
zurückgeschaltet. Das benötigt, neben der dafür erforderlichen Intelligenz auch die Visualisierung der Prozesse, neue erweiterte Prozessleitstände, die auch die Messtechnikprozesse mit einbeziehen. Der Leitstandgedanke
wird so für die Messprozesse immer wichtiger.
Grenzenlos kommunizieren heißt: Messgeräte tauschen Daten untereinander aus und beeinflussen sich
gegenseitig. Toleranzgrenzen werden aktiv verändert.
Dabei muss die Visualisierung der Daten personalisiert
an die aktuelle Situation angepasst erfolgen: nur so viele Informationen wie nötig und nicht wie möglich.
Quality Engineering 03.2015
Moderne CM-Systeme stellen höchste Anforderungen an Sensorik, Messdatenerfassung, -weiterleitung
und automatische Messdatenverarbeitung (Analyse, Diagnose) sowie anlagenspezifische Kenntnisse. Sie bieten
jedoch auch das größte Potenzial zur Kosteneinsparung,
da die Lebensdauer kritischer Maschinenelemente praktisch vollständig ausgenutzt werden kann und gleichzeitig nötige Instandsetzungsmaßnahmen in Abstimmung
mit dem Produktionsplan terminiert werden können.
Ausblick auf die präventive Zustandsüberwachung:
앫 Messachsen haben dezentrale Intelligenz und kontrollieren sich lokal, erkennen vergleichend Veränderungen;
앫 Messmaschinen kennen ihre Komponenten, senden
selbständig oder auf Anforderung Informationen für
eine Just-in-time-Wartung;
앫 Minimierung der Wartungs- und Reparaturkosten, Effizienzsteigerung;
앫 Optimierung der Verfügbarkeit der Messmaschinen;
앫 Optimierung der Ressourcen im Kundendienst des Lieferanten und in der Werksinstandhaltung des Kunden.
Maschinenkomponenten besitzen zusätzliche Sensoren zur Selbstüberwachung, die primär nicht zwingend
erforderlich sind (zum Beispiel Mikrofonchip zur Überwachung von Lagern). Maschinen und deren Baugruppen besitzen Funkmodule und Chips zur Kommunikation. Alle Komponenten kommunizieren untereinander.
So kann etwa eine „gechipte“ Maschinenkomponente
ihren bevorstehenden Ausfall melden und somit die Produktion sowie den Einbau eines Ersatzteiles einleiten. ■
Durch die Informationsvernetzung findet eine
Kommunikation und damit eine Einflussnahme
zwischen den Messstationen statt
Bilder: Mahr
Das Unternehmen
Mahr ist ein weltweit operierendes, mittelständisches
Familienunternehmen, dessen Name traditionell mit
den Begriffen Fertigungsmesstechnik, Qualität und Innovation verbunden ist. Neben hochwertigen Messgeräten zum Prüfen der Werkstückgeometrie sind
auch hochpräzise Zahnrad- und Dosierpumpen sowie
hochgenaue Kugelführungen als universelles Bauelement für mechanische Konstruktionen wesentliche
Bestandteile des Produktprogramms.
33
:: Innovationsforum
Promotion
Softwarepakete für
Messtaster integrieren heute nahtlos die
Werkzeug- und Werkstückeinrichtung in
die spanende Bearbeitung oder übernehmen die Abnahme des Bauteils direkt auf der Werkzeugmaschine
Bilder: Renishaw
Potenziale zur Informationsgewinnung im Unternehmen
Wie Messdaten die spanende
Bearbeitung optimieren
Wer auch in Zukunft wettbewerbsfähig produzieren will, muss mehr Messdaten an seinen
Fertigungsmaschinen erfassen. Nur so können Unternehmen Rückschlüsse aus dem Status
der Produktion für eine vorausschauende Produktion und Instandhaltung ziehen.
Der Referent
Dr. Jan Linnenbürger
Leiter Messtechnik
Renishaw
www.renishaw.de
34
Wenn Einzelinformationen eines Bauteils vor, während
und nach dem Bearbeitungsprozesses erfasst werden,
so sorgt dies für eine gleichbleibend hohe Prozesssicherheit. Durch die detailliertere Steuerung des Prozesses
werden Stillstände vermieden und der Ausschussanteil
kann weiter gesenkt werden. Doch inwieweit lassen sich
Messdaten sinnvoll erfassen und zur Prozessstabilität
nutzen? Und wie kann durch innovative Technologien
der Messraum noch näher an den Produktionstakt gebracht werden?
Für die Informationsgewinnung sind zunächst grundsätzliche Vorgehensweisen zu prüfen. Dazu gehören die
Rationalisierung der Prozesse, Maschinen und Werkzeuge, die Reduzierung der Fertigung auf wenige Kernprozesse sowie die Standardisierung auf wenige, vollständig bestimmte Fertigungsverfahren.
Grundsätzlich ist es dabei wichtig, ungewünschte
manuelle Einflüsse und umgebungsbedingte Schwankungen zu vermeiden. Aus langjähriger Erfahrung in der
eigenen Fertigung folgt Renishaw den Stufen der Fertigungsprozesspyramide:
1. Prozessgrundlage
2. Prozesseinrichtung
3. In-Prozessregelung und
4. Ergebnisüberwachung.
Voraussetzung für eine hohe Prozessstabilität ist eine
stabile Prozessgrundlage. Darunter versteht man die
Optimierung der Prozess-, Umgebungs- und Maschinenstabilität. Ansatzpunkt zur Schaffung einer stabilen Prozessgrundlage ist das Kennen und Verstehen der Maschinengenauigkeit innerhalb der vorhandenen Umgebungsbedingungen. Bereits hier beginnt die Erfassung
von geometrischen Merkmalen – wie beispielsweise von
Achsen – der Maschine zwischen den Wartungsintervallen. Dies kann mit Hilfe eines Laserinterferometers oder
durch den Anwender selbst etwa mit einem Kreisformmessgerät realisiert werden.
Ist diese Grundlage geschaffen, soll die Prozesseinrichtung durch Erfassung und Korrektur kritischer Fehler
nur so weit Schwankungen im Werkstück erlauben, wie
von der In-Prozess-Regelung korrigiert werden kann. Es
sind Strategien auf Basis der automatisierten WerkQuality Engineering 03.2015
stück- und Werkzeugmessung. Damit werden unerwünschte manuelle Einflüsse beim Werkzeugwechsel
oder bei der Erfassung der Werkstücklage eliminiert und
die Fertigungsgenauigkeit erhöht. Hier wird geprüft, ob
das Werkzeug die richtigen Dimensionen hat. Zudem
wird die Ausrichtung des Werkstücks erfasst und in der
Steuerung verarbeitet.
In-Prozess-Messungen spielen vor allem
bei großen Bauteilen ihre Vorteile aus
Je nach Losgröße korrigiert die In-Prozess-Regelung die
Schwankungen, die während der Ausführung des Bearbeitungsprogramms auftreten können. Das sind zum
Beispiel Werkzeugverschleiß oder Temperaturschwankungen. Gerade bei komplexeren oder sehr großen Bauteilen ist der Vorteil der In-Prozess-Messung signifikant,
da eine Nachbearbeitung am Bauteil noch im aufgespannten Zustand ausgeführt werden können.
Andere einfachere Teile können außerhalb der Maschine fertigungsparallel geprüft werden (siehe Ergeb-
Die Produktionsprozess-Pyramide zeigt, wie verschiedene Stufen der Prozesskontrolle zur systematischen Eliminierung von Abweichungen im Bearbeitungsprozess eingesetzt werden können. Das Ergebnis sind höherer
Durchsatz und eine optimale Übereinstimmung
gleich mitgeliefert wird, da die geometrischen Merkmale des Prüfteils und des Vergleichsnormals in derselben
Umgebungstemperatur erfasst werden.
Je nach Strategie erfolgt eine finale Ergebnisüberwachung, die je nach Anforderung in Stichproben erfolgen kann. Immer mehr Auftraggeber wollen sich jedoch
ihrerseits absichern und verlangen eine hundertprozentige Überprüfung aller Teile. Dabei sind die Grenzen zwischen Post-Prozess-Regelung und Post-Prozess-Messung fließend, je nachdem in welchem Maße gewonnene Ergebnisse und Erkenntnisse in nachfolgende Prozesse einfließen. Renishaw bietet dazu zwei unterschiedliche Ansätze:
Revo für die Ergebnisüberwachung in der Fertigung
Zur Ergebnisüberwachung direkt in der Fertigung kommt das Prüfsystem Equator 300 zum Einsatz. Dieses System vereint die Vorteile
der fertigungsnahen Prüfung wie bei teilebezogenen Lehren mit der
Flexibilität und Dokumentationsfähigkeit eines Koordinatenmessgeräts und ist automatisierbar
nisüberwachung). Zur Prüfung wird das zu bearbeitende
Werkstück innerhalb der Maschine gegen rückführbare,
von der Fertigungseinrichtung unabhängige Artefakte
vergleichen. Man verwendet dabei entweder generische
Artefakte mit einer Zusammenstellung von StandardMerkmalen wie Kugeln, Ringen oder Längennormalen.
Mit diesen Artefakten können gesicherte Fertigungstoleranzen von 20 μm (Cpk >1.6) erreicht werden.
Um die Fertigungsgenauigkeit noch weiter zu steigern, werden zuvor auf der Koordinatenmessmaschine
gemessene Werkstückreplikas (Meisterstücke) eingesetzt. Damit sind gesicherte Fertigungstoleranzen von
10 μm (Cpk >1.6) erreichbar. Der Vorteil einer Werkstückreplika liegt in der Temperaturkompensation, die quasi
Quality Engineering 03.2015
Zur Ergebnisüberwachung direkt in der Fertigung
kommt das Prüfsystem Equator 300 zum Einsatz. Dieses
System vereint die Vorteile der fertigungsnahen Prüfung
wie bei teilebezogenen Lehren mit der Flexibilität und
Dokumentationsfähigkeit eines Koordinatenmessgeräts.
Ein weiterer Ansatz ist die Nachrüstung bestehender
taktiler Koordinatenmessma-schinen mit der 5-Achsentechnologie Revo. Dabei handelt
es sich um einen stufenlos verDas Unternehmen
stellbaren Dreh- und Schwenkkopf, der simultan mit den Achsen
der
Koordinatenmess- Renishaw ist ein weltweit operierendes Unternehmaschine angesteuert werden men, dessen Kernkompetenzen in den Bereichen
kann. Die sich daraus ergebenden Messtechnik, Motion Control, Spektroskopie und Präneuen Messstrategien erhöhen zisionsbearbeitung liegen. Darüber hinaus gehört das
den Messdurchsatz enorm. Für Unternehmen zu den führenden Anbietern von Maeinen Zylinderblock benötigt eine schinen und Services für die additive Fertigung. RenisKoordinatenmessmaschine mit haw mit Hauptsitz in New Mills/Großbritannien bedem Revo Dreh- und Schwenk- schäftigt rund 4000 Mitarbeiter in weltweit 33 Länkopf statt einer halben Stunde dern.
nur noch 7 min bei gleichbleiben■
der Genauigkeit.
35
:: Innovationsforum
Promotion
Die kompakte Bauform zeichnet das mobile Wellensegmentmessgerät MWM aus.
Zusammen mit dem Toughbook ist es selbst in der rauesten Umgebung einsetzbar
Bilder: Schneider Messtechnik
Innovative Ansätze für Messtechnik 4.0
Vorfahrt für mobile Messgeräte und
intuitiv zu bedienende Software
Industrie 4.0 steht für eine hohe Varianz an Produkten, die in der Fabrik gefertigt werden müssen.
Für die Qualitätssicherung bedeutet dies: Sie muss kleine, mobile Messgeräte nahe oder in der
Fertigungslinie bereitstellen. Und diese Geräte müssen einfach zu bedienen sein.
Der Referent
Jörg Schröder
Bereichsleiter Vertrieb
Dr. Heinrich Schneider
Messtechnik
www.dr-schneider.de
36
Heute sprechen alle von Industrie 4.0 und dem Internet
der Dinge. Die Anforderungen an die Qualität und damit
auch die Qualitätssicherung steigen in der Industrie immer weiter. Nicht zuletzt ist dies auch einer zunehmenden Reduzierung der Querschnitte zu verdanken, um
kompakter und gewichtsreduziert zu bauen. Nur wer
hochwertige Produkte fertigt, hat nachhaltigen Erfolg. In
diesem Zuge kommt auch der Messtechnik in den Unternehmen eine immer größere Bedeutung zu.
Schnell erlernbare Abläufe und intuitive Bedienoberflächen stehen bei der Entwicklung neuer Verfahren klar
im Vordergrund. Hierbei ist man bestrebt, dem größer
werdenden Nutzerkreis der Messgeräte Rechnung zu
tragen. Um diesen Nutzerkreis effizient einbinden zu
können, muss die Messtechnik aber auch den Messraum
verlassen können und sich mobil in der Fertigung bewegen. Aber gerade darin liegt die Herausforderung an die
Qualitätssicherung 4.0.
Heutzutage denken wir hierbei aber nicht mehr an
Messschieber und Bügelmessschraube, sondern vielmehr an kleine Messgeräte, mobile Messeinheiten und
Messstationen.. Diese Varianz an Möglichkeiten und
Ausdehnung in die Breite sind eine Grundvoraussetzung
für das Gelingen von Industrie 4.0 sind. Ohne Messtechnik 4.0 wird auch Industrie 4.0 zum Scheitern verurteilt
sein, denn der Informationswolke „Big Data“ fehlen
wichtige Verknüpfungsinformationen um an anderer
Stelle die richtigen Schlüsse zu ziehen.
Die Software agiert automatisch, sodass die
Qualitätssicherung nicht mehr der Flaschenhals ist
Gehen wir noch einmal zurück zum Kern dieses Ansatzes, nämlich schnell und intuitiv zu bedienende Software
Tools, welche dem Anwender die Informationen liefern,
um die an ihn gestellten Anforderungen zu lösen. Im Idealfall entfallen lange Schulungen und man benötigt
auch kein über Jahre angeeignetes Spezialwissen. Das
kann man natürlich nicht ganz ausschließen, hier wird
immer noch ein Messtechniker benötigt, aber die Qualitätssicherung wird nicht mehr zum Flaschenhals. Man
findet heutzutage viele Produkte im Markt, welche diesen Ansatz gewählt haben, aber am Ende ist man hierbei
noch lange nicht angekommen.
Schneider Messtechnik hat hier einen Weg gewählt,
den es bis dato nicht im Markt gibt. Gemeinsam mit
Quality Engineering 03.2015
A-Kunden wurde ein praxisnahes Konzept entwickelt
und zur Marktreife gebracht. Ist das System eingeschaltet, geht der Rest ganz ohne Knopf- oder Tastendruck:
Die Software erkennt das Teil im Bildfeld, ordnet blitzschnell das Programm zu und startet den Messvorgang.
Anschließend steht dem Anwender ein zeichnungskonformes Messprotokoll, ein grafisches Protokoll als Datei
und als Overlay auf dem Livebild der Kamera zur Verfügung.
Erleichtert wird hierbei die visuelle Wahrnehmung
durch eine farbliche Kennung von „gut“ = grün und
Mehr-Teile-Messung
Schluss entfernt man noch die Elemente aus dem Programm, welche für die Messung nicht relevant sind.
mehrerer identischer Teile (MMi), mehrerer verschiedener Teile (MMd)
Ein mobiles Wellenmessgerät arbeitet
komplett kabellos
sowie Einzelteilmessung
ist mit der Software
Saphir QD möglich
Das MWM wird einfach auf die Welle
gesetzt und der Messvorgang gestartet.
Die Kommunikation mit der Software
erfolgt hier kabellos
„schlecht“ = rot bis hin zu „Achtung Toleranzgrenze“ in
gelb. Die Bauteile können hierbei sogar spiegelverkehrt
aufgelegt werden – das Teil wird dennoch erkannt und
die Messung schnell und zuverlässig durchgeführt.
Neben der Ein-Teile-Messung wurde auch die MehrTeile-Messung für mehrere identische Teile auf einmal
(MMi=Multiple Messung identisch) und auch für mehrere verschiedene Teile auf einmal (MMd=Multiple Messung differierend) funktionssicher integriert. Hierbei ist
es ist nicht notwendig, der Steuerung vorab mitzuteilen,
wie viele Teile gemessen werden. Das kann von der einen
zur anderen Messung variieren. Die Software erfasst
selbstständig alle im Messbereich befindlichen Teile.
Auch eine zeitgemäße Art der Programmierung sollte
man hierbei nicht außer Acht lassen. Wenn man ein undefiniertes Teil auflegt und es hierfür noch kein Programm gibt, wird auch hier sofort die Kontur erkannt.
Die Software sucht sich automatisch den Schwerpunkt
und macht eine Ausrichtung. Man kann nun aktiv wählen, ob man durch Markieren mit Maßpfeilen an den
Stellen, die ermittelt werden sollen, das Programm erstellt, oder man kann alternativ diese Arbeit auch komplett der Software überlassen. Sie erfasst alle messbaren
Elemente und integriert diese ins Messprogramm. Am
Quality Engineering 03.2015
Ähnlich innovativ geht es zwischenzeitlich bei Schneider
Messtechnik auch in der Wellenmessung zu. Hier ist
man sogar schon einen Schritt weiter und hat ein mobiles Wellensegmentmessgerät welches komplett kabelfrei arbeitet. Die Software wurde hierzu auf einem
Toughbook in der Klasse full ruggedized installiert, welches den härtesten Umgebungsbedingungen gerecht
wird. Die Verbindung zum Messgerät erfolgt über ein geschlossenes WLAN. Dadurch muss auch nicht zwingend
immer beides mitgenommen werden. Nach der Messung können dann die Daten und gemessenen Werte direkt in ein übergeordnetes Speichersystem übergeben
werden. Neben den Messdaten wäre es auch machbar,
die Teilekennung und Positionsdaten zu übermitteln,
welche dann eindeutig dem Werkstück zugeordnet sind.
Auch dieses Gerät wird bereits
von namhaften Kunden aus dem
Das Unternehmen
OEM Bereich eingesetzt.
Industrie 4.0 hört nicht an der
eigenen Haustür auf, weshalb Dr. Heinrich Schneider Messtechnik, 1947 gegründet,
der Fokus hier immer in zwei hat seinen Sitz in Bad Kreuznach und ist seit 1973 eiRichtungen liegen soll, die Eigen- ne Tochter der Allit Aktiengesellschaft. Das Unternehsicht und die Kundensicht. Zum men gehört mit seinen rund 80 Mitarbeitern zu den
einen geht es darum, die inter- weltweit führenden Anbietern von berührungsloser
nen Prozesse und Daten so zu Fertigungsmesstechnik. Die Zusammenführung gelenken, dass man eine nachhalti- wachsener Kernkompetenzen aus optischer, mechage Steigerung der Wettbewerbs- nischer und taktiler Messtechnik ermöglicht die Herfähigkeit erreicht und die eige- stellung von innovativen Produkten für höchste Präzinen Produkte qualitäts- und kos- sionsansprüche. Zum Kundenkreis gehören insbesontenoptimiert fertigstellt. Die dere namhafte Unternehmen aus der Automobil- und
Kundensicht bedeutet: Was Zulieferindustrie, der Luft- und Raumfahrt, der Medikann ich meinem Kunden mit zintechnik, dem Maschinen- und Werkzeugbau sowie
der Implementierung von Indus- der Elektro- und Kunststoffindustrie.
trie 4.0 und hier eben auch
■
Messtechnik 4.0 bieten?
37
:: Innovationsforum
Promotion
Das optimierte Kamerasystem ermöglicht die Vermessung von Werkstücken bis 80
mm Durchmesser und ohne
jeglichen Auflösungsverlust
Bilder: Jenoptik
Automatisierte Qualitätssicherung mit werkergerechter Bedienung
Optische Wellenmesstechnik
für die Fabrik von morgen
Der Trend geht zu vollautomatischen Systemen, die direkt in die Produktion eingebunden
sind. Insbesondere optische Wellenmesstechnik unterstützt die Qualitätssicherung direkt in
der Fertigung. Mit nur einem Wellenmessgerät können beispielsweise Durchmesser,
Abstände oder Außenkonturen der Werkstücke hochpräzise und schnell bestimmt werden.
Der Referent
Deshalb hat Jenoptik ihre optische Wellenmesstechnik
weiterentwickelt und die neue Maschinengeneration
der Opticline C-Serie noch konsequenter auf den Einsatz
in rauen Fertigungsumgebungen vorbereitet. Die Besonderheiten der neuen Gerätegeneration: Die weiterentwickelten Funktionalitäten hat das Unternehmen speziell auf die Anforderungen des Bedienpersonals zugeschnitten. Auch bei der Messleistung konnten die Werte
weiter verbessert werden zusammen.
Widerstandsfähig gegenüber äußeren Einflüssen
wie beispielsweise Erschütterungen
Adelbert Leber
Leiter Produktmanagement Jenoptik
Industrial Metrology
www.jenoptik.com/in
dustrielle-messtechnik
38
Für die Qualitätssicherung direkt neben der Fertigungsmaschine sind die Geräte der Opticline C-Serie von Jenoptik nun noch robuster und unempfindlicher als bisher. Das
Gerätedesign und der Aufbau wurden in den messtechnisch entscheidenden Bereichen überarbeitet. Dazu wurden die Grundkonstruktion und die mechanischen Komponenten verstärkt ausgelegt, um die Wellenmesssysteme noch widerstandsfähiger gegenüber äußeren Einflüssen wie beispielsweise Erschütterungen zu machen.
Das für die präzisen Messungen entscheidende optische System ist einer realen Produktionsumgebung ent-
Die neue Generation der Opticline zeigt sich in
neuem Design und
mit deutlich verbesserten Leistungsdaten
Quality Engineering 03.2015
Die komplette Werkstück-Kontur wird
mit den neuen Wellenmesstechnikgeräten der Opticline Serie schnell und
hochpräzise analysiert
sprechend konzipiert und hermetisch abgeriegelt. Das
verhindert gezielt das Eindringen von Kriechstaub oder
Ölnebel. Außerdem hat Jenoptik die aktiven Mechanismen zur Selbstüberwachung und die Temperaturkompensationen optimiert. Die Langzeitstabilität des Messmittels konnte so nochmals entscheidend verbessert
werden. Schnellere und präzisere Reaktionen auf sich
verändernde Umgebungsbedingungen werden möglich.
Das Bedienpersonal im Fertigungsbereich stand Pate
für viele Verbesserungen zur leichteren Anwendung der
Wellenmesssysteme. Die neue Opticline C-Serie ist jetzt
noch ergonomischer gestaltet und verfügt über einen
offenen und weit zugänglichen Beladebereich. Die Bedienelemente sind übersichtlich und leicht zu erreichen.
Zudem schützen hochmoderne Lichtschranken den Werker zuverlässig bei ungewolltem Eingriff in ihn gefährdende Bereiche.
Single-Kamera-Lösung ermöglicht Vermessung
von Werkstücken bis 80 mm Durchmesser
Eine sehr hohe Präzision bei sehr kurzen Prüfzeiten – die
neuen Geräte der Opticline C-Serie verbinden flexibles
Messen mit verbessertem Anwenderkomfort. Jenoptik
hat das optische Herzstück des Messsystems neuesten
technologischen Entwicklungen angepasst und in vielen
Grundfunktionen verbessert. Die neue Single-Kamera-Lösung ermöglicht die Vermessung von Werkstücken bis 80
mm Durchmesser und ohne jeglichen Auflösungsverlust.
Messgenauigkeiten mit MPE-Werten (Maximum Permissible Error, höchster erlaubter Fehler) von deutlich unter 2
μm sind damit erreichbar.
Innerhalb weniger Sekunden liefern die Messsysteme
hochpräzise Ergebnisse bei Form-, Lage- und Dimensionsmessungen . Dazu trägt auch eine erhöhte Positioniergenauigkeit der Werkstückaufnahme bei, welche ebenfalls in ihrer mechanischen Konstruktion verbessert wurde. Sollten zusätzliche Messaufgaben an den WerkstüQuality Engineering 03.2015
cken benötigt werden – wie beispielsweise Längen- und
Planlaufmessungen – steht ab sofort ein taktiler Sensor
bereit, der den flexiblen Einsatz der Opticline C-Serie weiter erhöht.
Ein weiteres wichtiges Kriterium für das intuitive Bedienen der Systeme ist die Mess- und Auswertesoftware.
Das bewährte Softwarekonzept kann auch auf den neuen
Systemen angewendet werden – ohne zusätzlichen Umstellungs- und Schulungsaufwand für Kunden. Ob Prüfplanerstellung oder komplizierte Messabläufe, die Auswertesoftware unterstützt den Anwender zuverlässig bei
der Qualitätssicherung mit sehr hoher Reproduzierbarkeit
und Präzision.
Rückverfolgbarkeit und Dokumentation
von Qualitätsparametern
Die Opticline C-Serie von Jenoptik unterstützt die Unternehmen bei der Rückverfolgbarkeit und Dokumentation
von Qualitätsparametern. Das garantiert ein hohes Maß
an Produktionssicherheit und langfristigen wirtschaftlichen Erfolg.
Die neue Generation der optiDas Unternehmen
schen Wellenmessgeräte kombiniert eine ausgereifte Technologie mit stetig wachsenden Effi- Jenoptik zählt in der Industriellen Messtechnik zu den
zienzansprüchen der Kunden. führenden Herstellern für hochpräzise, berührende
Durch die immer weiter ent- und berührungslose Fertigungsmesstechnik. Das Leiswickelten Funktionalitäten ste- tungsspektrum umfasst komplette Lösungen für unhen die Messsysteme auch Bran- terschiedlichste Messaufgaben, so die Prüfung von
chen zur Verfügung, die bislang Rauheit, Konturen, Form und die Bestimmung von Dinoch mit herkömmlichen Mess- mensionen in jeder Phase des Fertigungsprozesses somitteln agiert haben. Die Opticli- wie im Messraum. Abgerundet wird das Angebot
ne-Produktfamilie integriert sich durch umfassende Dienstleistungen wie Beratung,
nahtlos in den Prozess der Quali- Schulung und Service inklusive langfristiger Wartätssicherung und wird den An- tungsverträge.
forderungen an mehr Effizienz in
■
der Fertigung gerecht.
39
:: Innovationsforum
DGQ-Experte über die Qualitätssicherung der Zukunft
„Es wird noch viel zu viel
händisch gearbeitet“
Industrie 4.0 wird die Qualitätssicherung vor große Herausforderungen
stellen, glaubt Benedikt Sommerhoff, Leiter Regional bei der Deutschen
Gesellschaft für Qualität (DGQ). Um diesen zu begegnen, braucht es seiner Meinung nach Big-Data-Technologien und eine stärkere Automatisierung. Die Rolle des Qualitäters wird sich grundlegend wandeln.
tenvielfalt geben. Die Qualitätssicherung
muss dann zum Beispiel ohne physische
Erstmusterprüfungen und ohne ausführliche Ramp-up-Chargen in der Fertigung arbeiten, die für Serienfertigungen typisch
sind.
DGQ-Experte Benedikt Sommerhoff glaubt,
dass die Qualitätssicherung IT-gestützter
muss, wenn künftig mit Losgröße 1 gefertigt wird Bild: DGQ
40
:: Herr Sommerhoff, was bedeutet Industrie
4.0 für die Qualitätssicherung? Welche Herausforderungen ergeben sich für diesen Bereich?
Sommerhoff: Die Fertigung mit Losgröße 1 wird
eine riesige Herausforderung für die qualitätssichernden Maßnahmen werden, die sich bisher – zumindest in der Serienfertigung – sehr
stark auf die große Zahl gestützt haben. Dabei
wird mit statistischen Methoden und mit Anlaufabsicherung gearbeitet. Aber das wird sich
deutlich verändern. Es wird eine riesige Varian-
:: Wie kann die Qualitätssicherung diesen
Herausforderungen begegnen?
Sommerhoff: Sie muss IT-gestützter werden.
Sie muss also kompatibel zu den cyber-physischen Systemen werden und zum Beispiel
virtuelle Techniken wie Simulationen nutzen. Zurzeit wird noch viel zu viel händisch
gearbeitet. Um sich aber in die automatisierten Systeme der Smarten Fabrik einfügen zu
können, muss auch die Qualitätssicherung
stärker automatisiert werden.
Quality Engineering 03.2015
„Ich gehe davon aus,
dass es mehr integrierte
Konzepte geben wird.“
:: Den Trend zur Automatisierung gibt es in
der Qualitätssicherung aber schon seit einiger Zeit.
Sommerhoff: Eigentlich ist die Folge der Industrie 4.0 etwas, was auch schon das Bestreben der Industrie 3.0 war: nämlich die
Automatisierung – nur mit viel weiterreichenden Möglichkeiten. Das heißt: Die Effekte der Industrie 4.0 zeigen sich im Wesentlichen in einem noch höheren Automatisierungsgrad. Und zusätzlich fallen riesige Datenmengen an, mit denen man ganz viel machen kann.
:: Riesige Datenmengen bringen aber nur
einen Nutzen, wenn man daraus auch einen
Erkenntnisgewinn ziehen kann. Wie wird
denn Big Data zu Smart Data?
Sommerhoff: Viele der mathematischen Ansätze, die bisher für die üblichen qualitätssichernden Maßnahmen wichtig waren,
sind jetzt nicht mehr relevant. Und dafür
kommen andere mathematische Ansätze
ins Spiel. Meine Annahme ist, dass viel stärker auch mit Suchalgorithmen gearbeitet
werden wird, die in diesen riesigen Datenmengen Muster erkennen. Es geht also um
die Mustererkennung in großen Datenmengen. Natürlich liefert da die klassische Statistik auch viele Beiträge dazu. Aber ich glaube,
wir müssen Techniken adaptieren, die auf
anderen Feldern für Big Data entstanden
sind.
:: Es gibt also schon Ansätze, die aber bisher
im industriellen Bereich noch nicht eingesetzt wurden?
Sommerhoff: Zumindest existiert die Technologie, wie ich zu geeigneten Algorithmen
komme. Es gibt auch die Experten dafür. Diese werden aber zur Zeit noch an völlig anderen Stellen eingesetzt. Sie sind in der Qualitätssicherung selbst im Moment nicht vorhanden. Dort werden aber Leute gebraucht,
die mit Algorithmen arbeiten können, um
aus Big Data Smart Data zu machen.
Quality Engineering 03.2015
:: Der „Qualitäter“ der Zukunft muss also
auch ein Big-Data-Spezialist sein?
Sommerhoff: Ja, so wie jeder Ingenieur in der
Fertigung hochgradige IT-Kenntnisse haben
muss, weil es ganz maßgeblich um Vernetzung geht. Diese Datenexperten werden
aber händeringend an anderer Stelle gesucht und sind deswegen typischerweise gar
nicht im Umfeld der Fertigung und Qualitätssicherung zu finden.
:: Wird es die hochgradig spezialisierte
Qualitätssicherung dann überhaupt noch
geben?
Sommerhoff: Ich gehe davon aus, dass es
mehr integrierte Konzepte geben wird. Das
heißt: Spezialisten, die nur Qualitätssicherung machen, werden seltener – so wie auch
die gesamte Belegschaft aufgrund von Industrie 4.0 schrumpfen wird. Auf der anderen Seite wird es anteilig immer mehr Ingenieure geben. Die Stellen werden also weniger, aber hochwertiger. Aus meiner Sicht
müssen sich Fertigungsingenieure zunehmend ein QS-Wissen aufbauen und das Thema mit abdecken. Das heißt, dass künftig eine integrierte Qualitätssicherung von Leuten durchgeführt werden wird, die auch
noch andere Aufgaben in der Fertigung übernehmen.
:: Sie sagen, dass künftig weniger Menschen gebraucht werden in den Fabriken.
Trifft das denn auch auf die Qualitätssicherer zu?
Sommerhoff: Der Grad der Automatisierung, der durch Industrie 4.0 möglich wird,
wird
die
Belegschaften
dramatisch
schrumpfen lassen. Das wird mit Sicherheit
auch gerade die nicht-produktiven Bereiche
mit den Qualitätssicherungen schwer treffen. Auch Prüfplanungen und andere Dinge
sind hochgradig automatisierbar. Das machen sich viele nur heute nicht klar, weil sie
glauben, das sei ein kreativer Akt. Das ist
aber zu kurz gedacht. Auch diese Arbeit kann
auf Algorithmen basieren.
:: Werden die beschriebenen Entwicklungen
heute schon in die Ausbildung der Qualitätsverantwortlichen einbezogen?
Sommerhoff: Wir sind gerade bei der DGQ
dabei, für das nächste und übernächste Jahr
die Trainings für die Qualitätssicherung
grundlegend zu überarbeiten. Und wir werden dabei auch versuchen, diese Themen zu
adressieren. Wie stark das dann umgesetzt
wird und ob die Zielgruppe – nämlich die Anwender – dabei die richtige ist, das wird gerade diskutiert. Letztlich wird es aber darauf hinauslaufen, dass wir entweder vorhandene
Programmierer und Mathematiker mit den
Herausforderungen der Qualitätssicherung
vertraut machen müssen oder Qualitätssicherungsingenieure sich das Wissen aneignen müssen, wie sie mit Big Data arbeiten
können.
:: Welche Rolle spielt für den Qualitäter der
Zukunft das Thema Datensicherheit?
Schließlich steigt mit der wachsenden Vernetzung der Maschinen auch das Risiko von
Zugriffen von außen.
Sommerhoff: Die Qualitätsmitarbeiter und
alle anderen, die an den Datensystemen arbeiten, müssen um die Bedeutung der Sicherheit wissen. Sie müssen Techniken beherrschen, um ihre Daten und ihre Systeme
vor unberechtigtem Zugriff zu schützen. Viele Studien haben gezeigt, dass Firmen täglich Angriffen ausgesetzt sind.
:: Wann wird die Smarte Fabrik Realität?
Sommerhoff: Ich glaube, dass sich die Entwicklung über 20 oder 30 Jahre hinziehen
wird. Das ist nichts, was in einigen Jahren
mit einem Knall kommen wird. Einzelne Fabriken in einzelnen Branchen werden sehr
schnell sehr weit vorpreschen und die Pioniere sein. Dazu zählen Industrien, die schon
produktseitig sehr nah an der Industrie 4.0
sind – wie die Elektronikbranche. Diese ziehen dann andere mit. Es werden aber auch
Branchen übrig bleiben, die diese Transformation deutlich später machen werden. ■
41
:: Innovationsforum
Promotion
Messtechnik 4.0 als Erfolgsfaktor bei Steel Automotive
„Auditoren loben
die Automatisierung“
Den Industrie 4.0-Gedanken der vernetzten Systeme lebt der
international agierende Automobilzulieferer Steel Automotive bereits:
Im Bereich Messtechnik kommunizieren Messgeräte von Keyence
automatisiert und zuverlässig mit der CAQ-Software von Böhme &
Weihs. Qualitätsmanagementbeauftragte Sandra Klaus und Qualitätssicherungsleiter Hakan Külcü erklären die Vorteile der Lösung.
Durch die nahtlose Integration
zwischen der Keyence-Messtechnik und der Datenaufbereitung
im CAQ-System von Böhme &
Weihs hat Steel Automotive einen hohen Mehrwert erzielt
Bild: Keyence/Böhme & Weihs
:: Welche Assoziationen verbinden Sie mit
dem Begriff Industrie 4.0?
Klaus: Natürlich ist uns Industrie 4.0 ein Begriff, wobei ich das Thema grundsätzlich etwas sperrig finde. Als erfolgreicher Mittelständler im Automotive-Bereich sehen wir
uns der Herausforderung gegenübergestellt,
wettbewerbsfähig zu bleiben und dementsprechend stetig unsere Produktivität zu verbessern. Wenn wir uns dieses Themas nicht
annehmen würden, könnten wir gar nicht
konkurrenzfähig bleiben.
:: Was bedeutet Industrie 4.0 konkret für Sie
in Ihrem Verantwortungsbereich, auch unter
dem Aspekt der Messtechnik?
Klaus: Also ich würde da nicht differenzieren.
Unsere Messtechnik war in diesem Sinne
42
noch nie autark. Wir haben immer geschaut,
dass die Daten der Messprotokolle nicht nur
im Papierformat vorlagen, sondern eben auch
direkt im CAQ-System aufbereitet wurden.
Messtechnik und die zielgerichtete Nutzung
der erfassten Daten ist für uns integraler Bestandteil des Industrie 4.0-Gedankens. Unsere Kunden verlangen zeitnahe Antworten.
Deshalb sind wir angehalten, Informationen
auch möglichst schnell zur Verfügung zu stellen. Dabei geht es nicht nur alleine um die
Messwerte, sondern auch um Maschinenoder Werkzeugdaten, die wir bei uns im Haus
auswerten können. So sehen wir mit Hilfe unserer Kennzahlen täglich, wo wir eigentlich
stehen. Dementsprechend ist die Vernetzung
relevanter Daten bei uns tief in die Unternehmensstrategie implementiert.
Quality Engineering 03.2015
Sandra Klaus, Qualitätsmanagementbeauftragte, und Hakan Külcü, Qualitätssicherungsleiter, bei Steel
Automotive. Das Unternehmen, das 2004 gegründet wurde, verfügt über eine 100-jährige Tradition in der Metallverarbeitung: Die Basiskompetenz liegt im Biegen, Stanzen und Formen Bilder: Steel Automotive
Messen und Auswerten
auf Knopfdruck
Die Anforderungen in der Qualitätssicherung nehmen eine immer
bedeutendere Rolle ein. Mess- und Rüstzeiten sind nicht produktiv,
jedoch durch Vorgaben unumgänglich. Auf der Seite beobachtet Keyence einen Trend weg von Handmessmitteln und Lehren, hin zur verstärkten Eigenverantwortung der Produktionen. Dazu rüstet man
sich dort immer häufiger mit optischer Messtechnik, die so weit wie
möglich in den Prozess integriert wird, um diesen schneller und automatisierter zu gestalten.
Die Entwicklung solcher Systeme ist die Kernkompetenz von Keyence. Dabei qualifizieren sich die optischen Systeme im Vergleich zu
taktilen aufgrund mehrerer Eigenschaften besonders gut für diese
Aufgabenstellung. Zum einen sind heutige Kamerachips so hochauflösend, dass Messgenauigkeiten im Mikrometerbereich erreicht
werden und damit auch anspruchsvolle Messaufgaben erledigt werden können. Dabei sind Abtastraten im Kiloherzbereich problemlos
umsetzbar, sodass auch extrem schnelle Prüfungen im laufenden
Prozess durchgeführt werden können. Der Prüfer ist an dieser Stelle
häufig schon außen vor und hat keinen Einfluss mehr auf das Messergebnis. Die Zeiten, in denen er das Ergebnis aufgrund seiner Körperkraft oder seiner Sehfähigkeit verfälscht hat, gehören bei modernen optischen Systemen der Vergangenheit an.
Letztlich nutzt die fähigste Messtechnik aber niemandem, wenn
die Einrichtung zu komplex ist. Hier hat sich der Markt in den vergangenen Jahren enorm entwickelt und Systeme hervorgebracht, die in
der Lage sind, Prüfroutinen selbstständig einzurichten. Das Messen
läuft dann häufig ohne Zutun eines Prüfers ab oder ist so einfach wie
■
das Aufnehmen eines Urlaubsfotos.
:: Welche Anforderungen ergeben sich auf
dem Weg zur vernetzten Datennutzung?
Klaus: Ganz klar: vor allem Integration und
Praktikabilität. Bei der Einführung des digitalen Messprojektors von Keyence war eine
Hauptanforderung, ihn in unsere bestehende Infrastruktur mit der Böhme & Weihs
CAQ-Lösung CASQ-it integrieren zu können.
Keyence musste also die Möglichkeit bieten,
Messwerte per Schnittstelle einfach, sicher
und korrekt zu übertragen. Ein autarkes System wäre für uns nicht infrage gekommen.
Dieser Ansatz würde für uns auch im Widerspruch zu Industrie 4.0 und dem Automotive-Gedanken stehen. Wir sind ISO/TS 16949
zertifiziert und unterliegen den entsprechenden Nachweis- und Dokumentationspflichten. Daher ist es für uns ausgeschlossen, die Regelkarten beispielsweise auf Excel-Basis zu führen. Eine weitere Anforderung sehen wir im Know-how der zuständigen Mitarbeiter: Integrierte Systeme setzen
gewisse Kenntnisse voraus. Deswegen arbeiten wir trotz der intuitiven Bedienung ausschließlich mit gelernten Kräften, die auch in
der Lage sind, selbständig Entscheidungen
zu treffen.
:: Welche Situation war ausschlaggebend,
um speziell im Bereich Messtechnik nach einer vernetzten, ganzheitlichen Lösung zu suchen?
Külcü: 2011 ist ein neuer technischer Leiter
zu uns ins Haus gekommen, der im Zuge einer ersten Bestandsaufnahme feststellte,
dass unsere Mitarbeiter durch die zeitauf-
Zu den Unternehmen
Keyence nimmt als führender Hersteller von Sensoren,
Messsystemen, Lasermarkiersystemen, Mikroskopen
und Bildverarbeitungssystemen eine weltweite Spitzenstellung bei den Werksautomationssystemen ein.
Böhme & Weihs entwickelt seit der Gründung 1985
CAQ- und MES-Lösungen. Mehr als 30 000 Anwender
vertrauen auf die browserbasierte und modulare
Standardsoftware – von der Einzel- bis zur Serienfertigung, vom Mittelstand bis zum multinationalen
Konzern. Neben dem Firmensitz in Nordrhein-Westfalen, ist Böhme & Weihs mit Niederlassungen in Baden-Württemberg sowie in Frankreich und Russland
vertreten. Zur Böhme & Weihs-Unternehmensgruppe
gehören aktuell mehr als 220 Mitarbeiter.
Quality Engineering 03.2015
43
:: Innovationsforum
Promotion
Modulare Standardsoftware
für effiziente Messdaten
Gleich drei Anbindungsmöglichkeiten vernetzen Keyence Messtechnik nahtlos mit dem CAQ-System CASQ-it von Böhme & Weihs, um
das Potenzial erfasster Messdaten zur Prozessverbesserung voll auszuschöpfen: Ein Messmittelinterface zwischen Profilprojektor und
CASQ-it übermittelt interaktiv die Messdaten, welche unmittelbar
danach in der CASQ-it Prüfoberfläche stehen. Eine vollumfängliche
Lösung, denn über das Messmittelinterface können auch Messwerte
von zusätzlichen Handmessmitteln in CASQ-it übernommen werden.
Die Kommunikation der beiden Lösungen ist auch ohne Messmittelinterface möglich. Hierzu werden Keyence-Gerät und der CASQ-it
Arbeitsplatz über ein serielles Schnittstellenkabel direkt miteinander verbunden. Sobald die Übernahme der Messwerte beginnt, überwacht CASQ-it, ob die vereinbarten Toleranzen eingehalten wurden
und stoppt bei einer Toleranzverletzung den Datentransfer.
Beide Systeme arbeiten sogar losgelöst von einer Benutzerinteraktion miteinander. Mit Start des Prüfauftrags durch CASQ-it erfasst
der Profilprojektor die Messdaten und stellt sie per Fileserver zur Verfügung. Selbstständig nimmt CASQ-it die Datei entgegen und ordnet die Messwerte dem Prüfauftrag zu.
Die Vernetzung bringt Vorteile für Wareneingang, Fertigung und
Warenausgang: Die Übernahme der Messdaten erfordert keinerlei
Spezialkenntnisse. Einfachste Bedienung sorgt für hohe Akzeptanz
und Handlungssicherheit. Hinterlegte Workflows starten selbstständig Ereignisketten bis hin zu automatisch versendeten E-Mails.
Statistische Analysen zeigen Entwicklungen auf und legen den
■
Grundstein für qualitätssichere Prozesse.
wändige Messwertaufnahme relativ lange
auf Freigabeprozesse warten mussten. Daraus wurde die Zielsetzung entwickelt, eine
schnelle und zuverlässige Lösung zu etablieren. Während einer Fachmesse sprachen wir
hierzu mit den Experten von Keyence und
starteten anschließend gemeinsam das Projekt.
Klaus: Bis dato war unser Messraum überflutet von Messungen. Vor allem, weil die
Erstteilfreigabe mit acht Teilen relativ zeitaufwändig ist: Jedes dieser Teile beansprucht bei einer taktilen Messung etwa 15
Minuten, wodurch es natürlich zu Wartezeiten kam. Zur Produktivitätssteigerung suchten wir nach einem Messgerät, das die Messung schneller und einfacher macht, aber
gleichzeitig ebenso verlässlich ist und die bereits angesprochene Vernetzung mit dem
bestehenden CAQ-System ermöglicht. Aus
44
dieser Bestandsaufnahme hat sich dann ein
Projekt zur Optimierung der Messsystematik ergeben.
:: Wie verlief die Projektumsetzung und
was hat Sie dabei besonders beeindruckt?
Klaus: Grundsätzlich gilt für mich: Je besser
die Planung im Projekt, desto höher die Akzeptanz in der Fertigung. Da wir sowohl bei
der Einführung unseres CAQ-Systems als
auch bei der späteren Einführung des Messprojektors von Keyence sehr eng mit unserer
Fertigung zusammengearbeitet haben, ist
die Praktikabilität und Effizienz des GesamtSystems nach Ende der Einführungsphase
sehr hoch. Ein weiterer Vorteil durch diesen
Ansatz ist auch die Akzeptanz im Arbeitsalltag. Es wird weder über die Messwerte noch
über den Workflow an sich im Nachhinein
diskutiert, wenn alle Beteiligten in den Entscheidungsprozess integriert sind.
Külcü: Positiv war vor allem die schnelle Einsatzfähigkeit der vernetzten Lösung. Nach
einer Grundlagenschulung konnten wir sie
innerhalb von nur drei Monaten in unsere
Messprozesse integrieren – einschließlich
der Anbindung an die CAQ.
Klaus: Schon nach kurzer Zeit überzeugte
uns die optische Messung, sodass wir mittlerweile auch eine bisher eher weniger genutzte Maschine eines anderen Herstellers
wieder öfter einsetzen. Einen weiteren Vorteil haben wir beim Faktor Zeit: Nicht nur
dass die vormals zeitaufwändige Erstteilfreigabe mit acht Prüfteilen nun viel schneller
geht, auch der Wareneingang nutzt die vernetzte Lösung zur schnellen und zuverlässigen Messwertaufnahme. Die Messprotokolle werden automatisch in das CAQ-System
von Böhme & Weihs übertragen. So vermeiden wir etwa Fehler durch das händische
Eingeben von Werten durch Mitarbeiter.
:: Leben Sie also Messtechnik 4.0?
Klaus: Aktuell fühlen wir uns in diesem Bereich sehr gut aufgestellt. Vor allem die sichtbare sowie auch transparente Automatisierung und die Vernetzung beider Lösungen
überzeugen in den Audits. Das merken wir
vor allem bei Kunden- und Zertifizierungsaudits: Der hohe Automatisierungsgrad
wird sehr positiv aufgenommen. Auditoren
heben unsere Lösung im Verhältnis zu unserem Status als mittelständisches Unternehmen hervor. So haben wir durch die nahtlose
Integration zwischen der Keyence-Messtechnik und der Datenaufbereitung im CAQSystem von Böhme & Weihs einen hohen
■
Mehrwert.
Die Referenten
André Harms
Guido Goldammer
Vertriebsleiter
Vertriebsleiter
Messtechnik Keyence
Böhme & Weihs
www.keyence.de
www.boehme-weihs.com
Quality Engineering 03.2015
Promotion
Der Laserscanner wird
sowohl mit glänzenden
als auch mit matten
Oberflächen fertig
Bild: Steinbichler
Automatisiertes Laserscannen für die Qualitätskontrolle
Roboter prüft hundertprozentig
In der Smarten Fabrik spielt die Automatisierung eine entscheidende Rolle. Das gilt auch für
die Qualitätssicherung. Daher lässt Steinbichler sein optisches Laserscanningsystem T-Scan
CS+ von einem Industrieroboter über die zu prüfenden Bauteile führen. Das bildet die Basis
für konstante und aussagekräftige Messdaten.
Der Referent
Josef Mederer
Key-Account-Manager
Automatisierung
Steinbichler
www.steinbichler.de
Quality Engineering 03.2015
Die Lösung beinhaltet eine Anbindung des Laserscanners T-Scan CS+ an einen (nahezu) beliebigen Industrieroboter. Der Scanner wird dabei automatisiert über das
Bauteil geführt und von einem optischen Kamerasystem
getrackt. Die Roboter-/Bahnprogrammierung wird dabei
vom Technologiepartner Metrologic mit Hilfe der
X4-i-Robot-Software übernommen. Diese einfach bedienbare Software bietet Funktionen wie etwa eine Kollisionskontrolle, Simulation der Messung, automatische
Generierung des Roboterpfads und Offline-Programmierung.
Vorteil einer robotergestützten Anwendung ist die
konstant gleiche Abfolge von Scanbewegungen bei jedem Bauteil. Dadurch werden Schwankungen in der
Dichte der Punktewolke und folglich Bedienereinflüsse
ausgeschlossen. Die Qualität der erzeugten Daten ist damit über alle gemessenen Bauteile konstant. Dies bildet
die Basis für eine sichere und aussagekräftige Auswertung der Messdaten. Nicht zuletzt ist die hohe Effizienz
der automatisierten 3D-Datenerfassung bei wiederkehrenden Bauteilen beziehungsweise Messungen der entscheidende Faktor, wenn eine 100-prozentige Qualitätssicherung im Fertigungsumfeld erreicht werden soll.
Mit dem T-Scan CS+ Laserscanner kann sogar auf optisch unkooperativen Oberflächen (glänzend/matt/etc.)
eine automatisierte 100%-Qualitätskontrolle durchgeführt werden kann. Diese vollautomatisierte Lösung
ist in nahezu allen Anwendungsbereichen einsetzbar.
Der Vorteil einer flächenhaften 3D-Datenerfassung
mit dem Laserscanner liegt darin, dass die Bauteilober-
fläche komplett erfasst wird und somit nicht nur punktuelle Messungen beziehungsweise Datenvergleiche
vorgenommen werden können. Der Informationsgehalt
einer Messung ist bei gleichem Zeitaufwand (in Bezug zu
einer Punktmessung mit der Koordinatenmessmaschine) um ein Vielfaches höher.
So können zum Beispiel im Karosseriebau Einzelteile
sowie Baugruppen bis hin zur kompletten Karosserie
sehr genau vermessen werden. Unabhängig von der Robotergenauigkeit werden durch die räumliche Erfassung
des robotergeführten Laserscanners (mittels des Trackingsystems) hochpräzise Messdaten erzeugt.
Mit Hilfe dieser Daten können komplexe Fertigungsprozesse besser erfasst, kontrolliert und beeinflusst werden. So lässt sich auch die Qualitätssicherung entschei■
dend optimieren.
Das Unternehmen
Steinbichler entwickelt und vertreibt seit seiner Gründung vor 25 Jahren hochpräzise optische Messsysteme und entsprechende Softwarelösungen. Die Systeme werden bei zahlreichen namhaften Unternehmen
und Forschungseinrichtungen eingesetzt. Dabei bietet
Steinbichler für die unterschiedlichsten Anwendungsbereiche innovative und effiziente Lösungen.
45
:: Innovationsforum
Promotion
Die Epoxydharzkomponenten sind für die
Prüfung vorbereitet
Computertomografie im fertigungsnahen Einsatz
Alles im Röntgenblick
Ein Schaltanlagenhersteller hat ein CT-System mit Mikrofokusröntgenröhre von Nikon Metrology erworben, um die Produktentwicklung zu beschleunigen und hohe Qualitätsstandards zu sichern. Das System wird in der Werkstattumgebung eingesetzt und ermöglicht eine zerstörungsfreie Qualitätsprüfung der verschiedenen Anlagenkomponenten.
Der Referent
Gábor Szabó
Sales Account Manager
X-Ray & CT
Nikon Metrology
www.nikonmetrology.com
46
SGC (Switchgear Company) ist ein Hersteller von Mittelspannungs-Schaltanlagen. Dabei konzentriert sich das
Unternehmen vor allem auf Anlagen im Bereich zwischen 3 kV und 36 kV, die sowohl im Innen- als auch im
Außenbereich eingesetzt werden können.
Laut dem technischen Projektmanager Patrick De
Clercq, ist der Qualitätsstandard für SGC-Produkte sehr
hoch und die Produktlebensspanne beträgt mehr als 30
Jahre. Um diese Lebensspanne gewährleisten zu können, müsse die Produktqualität hundertprozentig kontrollierbar sein.
Die Kupferanschlüsse für die Hochspannungskabel
werden in Isoliermaterial aus Epoxydharz versiegelt und
in einem überdruckgekapselten, SF6-gasisoliertem Gehäuse untergebracht (SF6 ist die Abkürzung für Schwefelhexaflorid – ein Gas, das zur Isolierung von Stoffen in
elektrischen Systemen verwendet wird). Poren oder Lufteinschlüsse in der Epoxidharzisolierung sind unbedingt
zu vermeiden. Sie bergen das Risiko, dass sich im Innern
Störlichtbögen bilden, die zu Explosionen und einer dauerhaften Beschädigung der Ausrüstung führen könnten.
Die SGC Schaltanlagen sind bekannt für die nur sehr
geringen Leistungsverluste während ihrer gesamten Lebensdauer. Einer der entscheidenden Faktoren ist die hohe Qualität der geschweißten Kabelanschlussräume,
durch die SF6-Lecks ausgeschlossen werden. Die Qualitätskontrolle dieser Komponenten und Prozesse (bei-
spielsweise Schweißen von Verbindungen) ist folglich
ein wichtiger Schritt im Fertigungsprozess.
Bis vor kurzem arbeitete SGC noch mit zerstörenden
Prüfverfahren, um diese Epoxidharzkomponenten auf
innenliegende Fehler zu untersuchen und die perfekte
Passung des Kupferschlauchs im Expoxidharz zu prüfen.
Dabei wurde das zu prüfende Teil in Scheiben geschnitten.
Diese Prüfungen waren nicht nur sehr zeitraubend,
sondern es war auch nur schwer erkennbar, ob die Fehler
durch die zerstörende Prüfung selbst verursacht wurden
oder direkt mit dem Fertigungsprozess in Zusammenhang standen. Mit dem Ziel, bessere Einblicke in die Qualität der Expoxidkomponenten zu erhalten, wurden die
Vorteile der zerstörungsfreien Röntgenprüfung geprüft.
Nach einer Beratungsphase, in der es darum ging, schon
länger bestehende Probleme mit einer besonders problematischen Komponente zu lösen, war SGC davon
überzeugt, dass die Röntgentechnik der richtige Weg für
die Qualitätskontrolle von Kabelanschlüssen sei. Daraufhin startete die Projektplanung für den Einsatz eines
Röntgensystems.
Bevor SGC sich für eine Investition in die Röntgentechnik entschied, führte das Unternehmen verschiedene
Vergleichstests mit unterschiedlichen Herstellern von
Röntgen-/CT-Systemen durch. Nachdem die CT-Bilder
des Nikon-Metrology-Systems die Informationen über
Quality Engineering 03.2015
SGC produziert vor allem
Mittelspannungs-Schaltanlagen im Bereich zwischen 3 kV und 36 kV
Frederik Delobelle (rechts) und Patrick
De Clercq (links) sind mit dem Einsatz
des CT-Systems sehr zufrieden
Bilder: Nikon Metrology
die Komponenten lieferten, die SGC sich erhofft hatte,
fiel die Entscheidung leicht.
Patrick De Clercq berichtet, wie beeindruckt SGC von
den Ergebnissen der Röntgenprüfung gewesen sei. Die
Tatsache, dass Nikon Metrology auch eine 225-kV-Röntgenquelle angeboten habe, während andere Anbieter
nur ein 180 kV System bereit gestellt hätten, sei ebenfalls wichtig für die Entscheidung gewesen, das Nikon
Metrology XT H 225 ST System zu wählen.
Je nachdem, welche Spannungsstärke der Bediener
wählt, können Werkstoffe mit größerer Dicke oder höherer Dichte durchstrahlt werden. Die 225 kV Röntgenquelle kann problemlos 12 cm dickes Expoxidharz durchdringen. Bei Metallteilen wird möglicherweise noch eine höhere Spannung benötigt, um sie zu durchstrahlen. Für
ganz spezielle Röntgenscans können auch 450 kV oder
750 kV Systeme eingesetzt werden, die in Nikon Metrologys technischem Vorführzentrum besichtigt werden
können.
Röntgenprüfsysteme bewahren Qualitätsstandards
Unterdessen hat sich herausgestellt, dass Röntgen- und
CT-Prüfsysteme auf sehr vielen Gebieten äußerst effektiv sind. Das unlängst installierte System wird eingesetzt, um die Qualität von Produkten zu prüfen, die SGC
von externen Zulieferern erhält. Für Teile aus der Serienproduktion wird die Röntgentechnik eingesetzt, um die
Qualität durch Stichproben aus einem Los zu prüfen.
Da SGC gemäß ISO 9001:2008 zertifiziert ist, ist eine
konstante Überwachung der Produktqualität entscheidend. Sobald Fehler im Prozess auftreten, werden Korrekturmaßnahmen ausgeführt. Bei verschiedenen Teilen
konnte SGC zeigen, dass die Komponenten innen Lunker
aufwiesen oder die Dichtungen für hundertprozentig
gekapselte Gehäuse von minderer Qualität waren.
Röntgenprüfsysteme tragen außerdem dazu bei, die
Produktentwicklung zu beschleunigen. SwitchgearSchaltanlagen bestehen aus vielen unterschiedlichen
Quality Engineering 03.2015
Werkstoffen, wie unter anderem Spritzguss-, Gummiund Metallteilen. Fast alle Komponenten werden im eigenen Hause entwickelt und konstruiert. Das Röntgenprüfsystem trägt nun dazu bei, den Prozess der Produktentwicklung zu beschleunigen, da es Inneneinblicke in
die Prototypen gewährt.
„Für eine bestimmte Komponente hatten wir schon
jahrelang nach einer Lösung gesucht, um den Herstellungsprozess für dieses Teil zu optimieren“, erklärt Frederik Delobelle, Ingenieur der Forschungs- und Entwicklungsabteilung. Dank der Röntgen- und CT-Aufnahmen
sei ihnen klar geworden, was das wirkliche Problem war,
sodass der Prozess binnen weniger Wochen korrigiert
werden konnte.
Ein weiterer wichtiger Vorteil
der CT bestehe darin, dass man
Das Unternehmen
nun die Möglichkeit hätte, Zusammenbauteile auf ihre präzise Passung zu prüfen, ohne das Nikon Metrology bietet Messlösungen für vielfältige
Teil zerstören oder auseinander- Anwendungen: von der dimensionalen Prüfung von
Miniaturelektroniken bis zur Überwachung der Passbauen zu müssen.
SGC setzt gegenwärtig ein genauigkeit von Baugruppen. Die optischen Präzisineues Werk für den Zusammen- onslösungen tragen zu einem effizienten Produktibau eines Switchgear-Produkts onsprozess bei. Das Portfolio umfasst 3D-Messsysteein. Das Röntgensystem wird ei- me, 3D-Scanner, Röntgen- und CT-Systeme, Systeme
ne zentrale Rolle bei der Produkt- zur dimensionalen Kontrolle von großen Objekten, auentwicklung, Qualitätskontrolle tomatisierte Videomesssysteme und Mikroskope.
von Zulieferteilen und Optimie■
rung der Abläufe spielen.
47
:: Innovationsforum
Promotion
PMX kann flexibel bestückt und an verschiedene Anwendungen angepasst werden
Entwicklungs- und produktionsübergreifende Messtechnik
Flexibel und nutzerfreundlich
In der Umsetzung neuer Fertigungskonzepte spielt die Wahl des passenden messtechnischen
Systems eine Schlüsselrolle. Unternehmen brauchen ein integriertes Konzept für Sensorik
und Messdatenerfassung. Bei der Entwicklung seines Systems PMX hat HBM bereits erste
Grundzüge und Funktionalitäten für Industrie 4.0 implementiert.
Der Referent
Michael Guckes
Produktmanager industrielle Messverstärker
und Software HBM
www.hbm.com
48
Bestehende Systeme sind oft nicht in der Lage, mit den
Anforderungen – und Datenmengen – moderner und
hochdynamischer Produktionslinien Schritt zu halten.
Datenübermittlung in Echtzeit, hohe Rechenkapazitäten
und nicht zuletzt eine einfache Parametrierung und Visualisierung der Messdaten für unterschiedliche Gruppen von Mitarbeitern und Bedienern sind wichtige Voraussetzungen für den Einsatz eines modernen Messsystems.
Eine Stärke des Systems PMX von HBM ist, dass es sich
gleichermaßen für Entwicklungs- wie für Produktionsaufgaben nutzen lässt. Eine abteilungsübergreifende
Plattform ermöglicht effizientere Strukturen und kürzere Time-to-market-Zeiten.
Um Kräfte, Dehnungen und Temperaturen zu messen, bietet HBM ein breites Programm an Sensoren. Diese variieren in Bauform und Messbereich, sodass für die
Tests immer die passenden Typen zur Verfügung stehen.
Die Sensorsignale müssen präzise gemessen und gespeichert werden. Die Messung reicht dabei von kleinen
Teilbereichen bis hin zu den Maximalkräften. Dies kann
nur mit Messverstärkern erfolgen, die eine hohe Signalauflösung (24 Bit) und eine unempfindliche Wandlerein-
gangsstufe besitzen. Dazu empfiehlt sich das Trägerfrequenzmessverfahren (TF), das das Messsignal einer Trägerfrequenz aufmoduliert und dann erst verstärkt. Damit werden systembedingte Störeinflüsse wie Netzbrummen und Thermospannungen eliminiert.
Die Messsysteme müssen alle benötigten Signale der
Sensoren zeitsynchron erfassen können. Das bedeutet,
dass das Messsystem auf den Anwendungsfall zugeschnitten sein muss. Dies wird mit dem flexiblen und
modularen Bestückungskonzept des PMX-Messverstärkers erreicht. Es lassen sich genau die Messkarten bestücken, die für die Sensoren benötigt werden.
Dabei werden alle Messkanäle, unabhängig von der
Ausbaustufe, mit einer Abtastrate von 19200 Hz parallel
erfasst. Das gesamte PMX-Messsystem ermöglicht so eine Gesamtperformance von 400 000 Messwerten pro
Sekunde, die mit herkömmlichen speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) nie erreicht werden kann.
Die Sensoren können mit einem Transducer Electronic Data Sheet (TEDS) ausgestattet werden, so dass der
PMX-Messverstärker nach dem Anstecken der Sensoren
automatisch die Sensorkennwerte überträgt und seine
Messeingänge damit parametriert. Damit kann viel Zeit
Quality Engineering 03.2015
Die PMX-Software lässt sich auch
TF-Verstärkung garantiert stabile und störsichere
Messwerte
eingespart und fehlerhafte Parametrierung verhindert
werden. Aber auch Sensoren ohne TEDS können eingebunden werden. Die Parametrierung der Messverstärker
erfolgt dann über den Webserver, der im PMX integriert
ist.
Der Anwender hat nun mehrere Möglichkeiten – je
nachdem wie er seine Tests und später seine Produktion
ausgestalten möchte. In allen Fällen steht ihm PMX aber
immer als Test- und später als Produktionssystem zur
Verfügung. Das bietet einen grundlegenden Vorteil:
Prüfprogramme oder auch Teile davon können von der
Produktentwicklung in die Produktion übernommen
werden. Es wird jeweils auf das gleiche System zugegriffen.
Komfort wie bei Smartphones und Tablets
Anwender und Anlagenbediener kennen und nutzen
täglich den Benutzerkomfort von Smart-Geräten. PMX
bringt diesen Komfort nun erstmals in den Bereich Messund Prüftechnik – eine bis dato nur von Smartphones
und Tablet-PCs bekannte Software- und Bedien-Technologie. Standardisierte Schnittstellen ermöglichen zudem einen bequemen Zugriff auf alle Geräteparameter
für Konfiguration, Bedienung und Analyse – über jedes
internetfähige Endgerät.
Die browserbasierte PMX-Software setzt neue Standards in Sachen Leistungsfähigkeit und Benutzung. Alles, was Anwender für den Einsatz der Software benötigen, ist ein internetfähiges Endgerät. Über dessen Webbrowser können sie bei Service und Wartung oder zur
Evaluierung von Prozessen schnell und bequem auf alle
Produktionsdaten zugreifen.
Drei verschiedene Benutzerebenen mit entsprechenden Rechten garantieren dabei maximalen Schutz vor
unberechtigten Zugriffen auf PMX und alle Prozesse.
Umständliche und fehleranfällige Softwareinstallationen entfallen damit. Die Kombination von EthernetTechnologien und Internet ermöglicht zudem eine kostengünstige Fernwartung.
Quality Engineering 03.2015
per Touch-Screen bedienen
Bilder: HBM
Zeit ist Geld – und Zeit sparen heißt Geld sparen. Diese Formel ist Maschinen- und Anlagenbauern immer
mehr zur Maxime geworden. Möglichst viele Arbeiten
und Abläufe schnell, einfach und fehlersicher abarbeiten
– diese Funktionalitäten muss ein Automatisierungsgerät beherrschen. Wichtig ist dabei, den Menschen und
Anlagenbediener nicht zu vergessen. Das heißt: Einfache
Bedienung, Visualisierung und Diagnose sind zwingend
erforderlich, um effizient und kostensparend zu arbeiten. Dazu wurden im PMX drei Automatisierungslösungen implementiert.
Um ein Automatisierungssystem stabil zu betreiben,
dürfen die Übertragungskanäle nicht „verstopft“ werden. Das bedeutet, dass möglichst viele Messdaten
schon dezentral vorverarbeitet werden sollten. Dazu verfügt PMX über 32 interne Berechnungskanäle. Diese erledigen in Echtzeit Überwachungs- und Regelfunktionen.
Die Signale können PMX-intern weiterberechnet oder
auch über Analogausgänge oder schnelle, Ethernet-basierte Feldbusse an das Automatisierungssystem ausgegeben werden. Damit wird die Maschinen-/Anlagensteuerung nicht überlastet und es lassen sich kurze,
■
schnelle Regelzyklen erreichen.
Das Unternehmen
HBM (Hottinger Baldwin Messtechnik) deckt mit seinen Produkten die gesamte Messkette ab und bietet
Lösungen für das Messen elektrischer und mechanischer Größen – ob für virtuelle oder physikalische
Tests oder auch Prüfungen. HBM ist bekannt für technische Dienstleistungen wie Applikationsberatung,
Auftragsmessungen vor Ort, Kalibrierungen und Engineering. Das umfassende Schulungsangebot hilft, die
moderne Messtechnik optimal einsetzen zu können.
49