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Bessere Einblicke, rechtzeitig

Hocheffiziente Inspektion mit dem Laserscanner

nikon metrology L100 scannerGanz gleich, um welches Produkt es sich handelt, ein Auto, eine Bohrmaschine oder ein Mobiltelefon, die Kunden erwarten, dass ihre eng tolerierten Bauteile perfekt zusammenpassen und funktionieren. Gleichzeitig sollen sie qualitativ hochwertig sein und ein attraktives Design bieten. Wie können Hersteller diese Präzision jedoch sicherstellen, ohne dass sich die Entwicklungs- und Markteinführungszeit verzögern?

Die Antwort besteht darin, die 3D-Form und Merkmale der Prototypen mit einem berührungslosen Laserscanner zu digitalisieren, der auf einem Koordinatenmessgerät (KMG) oder Gelenkmessarm befestigt ist, und die Ergebnisse mit den ursprünglichen CAD-Zeichnungen zu vergleichen. Ein Bauteil kann auf diese Art erheblich schneller überprüft werden als mit einem Messtaster, der Einzelmessungen ausführt. Da der Laser mehrere tausend Punkte pro Sekunde erfassen und zur Punktewolke hinzufügen kann, wird ein kompletter Messzyklus häufig 10 Mal schneller als mit einem taktilen Messsystem ausgeführt.

Darüber hinaus lässt sich mit letzterer Technik überhaupt nicht erkennen, was zwischen zwei angrenzenden Einzelpunkten vorsichgeht, sodass die Daten sehr anfällig für Unvollkommenheiten in der zu prüfenden Geometrie sind. Bauteile, die Ebenenheits- oder Rundheitsfehler, Kanteneinzüge oder Grate aufweisen, sind besonders problematisch. Der Radiuskompensationsfehler ist eine weitere Schwierigkeit beim taktilen Messen. Kommt ein Tastereinsatz beispielsweise mit den Rändern einer Bohrung in Berührung, könnte die Radiuskompensation, wenn eine angrenzende Fläche zuerst berührt wird, zu unerwarteten Messpunkten führen.

 

Die Kosten gering halten

nikon metrology discover benefits laser scanning xc65 costsdownOriginalmaschinenhersteller (OEMs) sind bestrebt, die Kosten in jeder Phase des Fertigungszyklus‘ gering zu halten. Das Problem ist, dass selbst eine begrenzte Anzahl von Antastungen mit einem Messtaster einen erheblichen Programmieraufwand bedeutet. Die Programmierung von Messzyklen für berührende Scanning-Messtaster ist sogar noch komplizierter, zeitaufwändiger und teurer. Für das analoge 5-Achsen-Scannen auf der Tragfläche einer Turbinenschaufel muss ein KMG beispielsweise aufwändig programmiert werden, um sicherzustellen, dass die Tastspitze kontinuierlich der Teileoberfläche folgt, ohne mit ihr oder mit der Maschinenstruktur zu kollidieren. Darüber hinaus müssen die Komponenten auf teuren Spannvorrichtungen aufgespannt werden.

Beim berührungslosen Laserscannen sind weniger Vorgaben einzuhalten, der Kostenaufwand ist daher geringer. Für die Komponente muss kein Referenzpunkt erstellt werden, sie kann an einer beliebigen Stelle auf dem Messtisch in beliebiger Ausrichtung positioniert oder in einer einfachen Aufspannung gehalten werden. Laserscan-Zyklen zu programmieren ist einfacher, geht schneller und ist sowohl online als auch offline möglich. Benötigt werden nur einfache parallele Sweeps des Scankopfs mit kurzen Bewegungsbahnen und nur eine begrenzte bzw. gar keine Kopfindexierung.

Die interaktive multisensorfähige Nikon Software CAMIO vereinfacht die Erstellung von Scan-Makros. Der Scanner bewegt sich an geraden und polygonalen Bahnen entlang, die automatisch oder manuell aus dem CAD-Modell generiert wurden, um die Oberfläche der Komponente im Sichtfeld des Laserscanners zu halten. Für Oberflächenbereiche, die aus der Bahn herausfallen, zeigt die Simulation einer virtuellen Punktewolke an, wo weitere Scans generiert werden müssen. Die Folge sind geringere Betriebskosten und eine weitere Steigerung der Messproduktivität.

Laserscanner werden häufig in Verbindung mit taktilen Messtastern eingesetzt, um Bauteile auszurichten, oder in gemischten Messroutinen, bei denen möglicherweise schwer zugängliche innenliegende Merkmale zu messen sind. CAMIO, die multisensorfähige Software von Nikon Metrology, bietet eine umfassende Programmierumgebung mit intuitiven Softwarefunktionen für taktile Messanwendungen und das Laserscannen. Sie bietet eine Auswahl verschiedenster Prüffunktionen, wie u. a. vollständige Teil-gegen-CAD-Prüfung, intelligente Merkmalsextrahierung mit Form- und Lagetoleranzen und Profilanalyse.

 


Bessere Informationen ermöglichen eine schnellere Entscheidungsfindung

Die frühzeitige Erkennung von Qualitätsproblemen und Einblick in die Ursache des Problems sind entscheidend für die schnelle Entwicklung eines neuen Produkts. Durch die Digitalisierung von Bauteilen direkt zu Beginn und die Überprüfung der virtuellen digitalen Kopien erhält man einen sehr hohen, detaillierten Informationsstand. Messtechnische Verfahren werden rationalisiert und in einen integrierten, CAD-orientierten Produktionsprozess, vom Entwurf bis zur Fertigung, eingebunden.

nikon metrology discover benefits laser scanning cad colour mapDie rauscharmen Punktewolken, die ein Laserscanner erfasst, dienen Herstellern als Grundlage, um die erforderlichen Informationen zu generieren und darauf zuzugreifen. CAMIO, die DMIS-basierte Software von Nikon Metrology, filtert die Daten automatisch und erzeugt glatte Netzflächen mit vielen Details, die unter Verwendung von Ausgleichsverfahren, Merkmalsausrichtung oder sonstigen Verfahren zur CAD-Sollgeometrie ausgerichtet werden. Ein vollständig digitales Modell, das komplexe Freiformflächen und maßliche Daten umfasst, wird in wenigen Minuten statt Stunden bzw. Stunden statt Tagen abgeleitet.

Umfassende Berichte machen Probleme einfach verständlicher und vereinfachen die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Abteilungen. Die Informationen werden in Tabellenform mit Farbcodierung der Abweichungen geliefert, die einfach zu interpretieren sind und Problembereiche sowie deren wahrscheinliche Ursachen deutlich kenntlich machen. Die zugrundeliegenden Messdaten können durch einfaches Anklicken des für Sie interessanten Bereichs abgerufen werden.

Mit dem Laserscannen werden detaillierte Informationen zu Merkmalen aus den gemessenen Punktewolken gewonnen. Da mehrere hundert Punkte an Bohrungen, Langlöchern und Bolzen aufgenommen werden, können die Merkmale genauer extrahiert werden als mit einem taktilen Messsystem, das häufig nur wenige Punkte misst. Umfassende Funktionen zur Analyse von Form- und Lagetoleranzen wie Lage, Zylindrizität, Parallelität und vieles mehr stehen zur Verfügung.

Mit dem 3D-Scannen verkürzt sich die Produktentwicklungszeit, da die Produktprüfung, technische Analysen und weitere Aufgaben parallel erledigt werden können, sobald ein digitales Modell des Prototypen vorliegt. Der virtuelle Zusammenbau von mehrteiligen Produkten direkt am Bildschirm beschleunigt Passungs- und Funktionsanalysen und verkürzt die Prototypenphase. In vielen Fällen erübrigen sich wiederholte Produktnachbesserungen im Produktentwicklungszyklus, da die kompletten Bauteile gemessen werden und mehr Informationen zur Verfügung stehen.
Im Automobilbau beispielsweise werden Nikon Metrology XC65Dx-LS Cross Scanner mit kontinuierlichem Dreh-/Schwenkkopf häufig an Horizontalarm-KMGs eingesetzt, um Diagnosemessungen an Blechteilen und Karosserien (BIW) zu unterstützen. Prüfungen werden weitaus schneller und wirtschaftlicher ausgeführt als mit einem taktilen Messsystem. Probleme können daher effizienter und in kürzerer Zeit diagnostiziert werden. Alle Blechteile des Fahrzeugs können auf sehr enge Toleranzen geprüft und virtuell zusammengebaut werden, sodass das Zusammenwirken zwischen den Karosserieteilen sichtbar wird. Problematiken, die an einzelnen Teilen auftreten, können getrennt von Prozessfragen betrachtet werden. Auch komplette Fahrzeuge werden gemessen, wobei in erster Linie Spalt- und Bündigkeitsprüfungen zwischen Autoteilen ausgeführt werden.

 


Schwierige Oberflächen einfach gescannt

nikon metrology discover benefits laser scanning challenging surface l100Für Bauteile, die aus flexiblen, empfindlichen oder zerbrechlichen Werkstoffen gefertigt werden, wird eine Messlösung benötigt, die verhindert, dass das Teil während der Prüfung bewegt oder angerissen wird. Die Hersteller solcher Produkte dürften mit ziemlicher Sicherheit eher 3D-Laserscanner für diese Zwecke in Erwägung ziehen als taktile Messsysteme.

Glänzende und verschiedenfarbige Oberflächen stellen ebenfalls kein Problem dar. Die Laserscanner von Nikon Metrology verfügen über eine automatische Anpassung der Laserleistung für jeden einzelnen Punkt, sodass Daten von Oberflächen mit unterschiedlichen Farben oder hohem Reflexionsgrad problemlos erfasst werden können. Diese Funktion ermöglicht die Prüfung von Objekten unterschiedlichster Materialien und Oberflächenbeschaffenheit ohne Bedienereingriff. Glänzende Oberflächen und abrupte Übergänge können zudem sehr gut unter allen möglichen Lichtbedingungen erfasst werden, ohne dass die Oberflächen besonders vorbereitet werden müssen. Nur Bauteile, die transparent sind oder spiegelnde Flächen haben, benötigen eine spezielle Vorbereitung oder gegebenenfalls ein berührendes Scanning-System.

Die intelligente Anpassung der Laserleistung ist außerdem hilfreich, um gleiche Bauteile in verschiedenen Bearbeitungsstufen – zunächst vielleicht rohe Blechteile und am Ende dann farbig lackierten Endprodukte – automatisch digitalisieren zu können.

 


Berührungslose Messverfahren eignen sich besonders für empfindliche oder biegsame Bauteile

nikon metrology discover benefits laser scanning membraneTaktile Messsysteme und berührende Messverfahren sind nicht für alle Anwendungen geeignet. Weiche und biegsame Komponenten oder Extrusionen können nicht zuverlässig gemessen werden und komplizierte, empfindliche Teile könnten beschädigt oder verunreinigt werden. Das mit dem Laserscannen eingeführte berührungslose Verfahren beseitigt dieses Problem, da komplexe Freiformflächen, nachgiebige, berührungsempfindliche Membranen und andere Merkmale mit feinsten Details mühelos erfasst und analysiert werden. Da Laserscanner Distanzmessungen ausführen, können weiche Materialien nicht verformt und teure, empfindliche Komponenten nicht versehentlich beschädigt werden.

Die Kiekert AG hat Laserscanner eingeführt. Ein Anwendungsbeispiel sind Schaumraupen, die für Fahrzeug-Schließsysteme gefertigt werden und auf Maßhaltigkeit geprüft werden müssen. Die Schaumraupe wird als komprimierte Dichtlippe zwischen Türschloss und Türkarosserieblech eingesetzt. Sie wurde für den Betrieb unter extremen klimatischen Bedingungen entwickelt und ist ein zentrales Element von Zentralverriegelungen. Kleinste Abweichungen im Profil könnten zu Langzeitschäden an der Schließmechanik führen und selbst bei niedrigster Antastkraft könnte ein Messtaster leichte Abdrücke im Material hinterlassen.

Für Anwendungen dieser Art sind Nikon Laserscanner die ideale Lösung, da alle Sorgen wegen möglicher Beschädigungen von Bauteilen und unzuverlässiger Ergebnisse ausgeräumt werden. Die berührungsfreie Lösung beschleunigt die Messung dieser schwierigen Komponenten und liefert weitaus präzisere Einblicke, da die Merkmale und Flächen, die für die Erstellung hochdichter Punktewolken benötigt werden, sehr schnell identifiziert werden. Eine vollständige Kopie der Bauteile kann in wenigen Minuten für Test- und Analysezwecke bereitgestellt werden.

 


Bereit für die automatisierte Fertigungsumgebung

nikon metrology discover benefits laser scanning cmm automationIn der Fertigungsumgebung, in der OEMs oder ihre Subunternehmer sich häufig auf die stichprobengestützte Prüfung verlassen, wäre es möglicherweise besser, schneller Einblick in Prozessabweichungen in der Fertigungslinie zu gewinnen. Das Laserscannen ist auch in diesem Bereich hilfreich, da ein wesentlicher Vorteil der extrem schnellen Datenerfassung in der Automatisierung von Prüfabläufen besteht.

Die kontrollierten, wiederholgenauen, prozessorientierten Messungen sind besonders für die statistische Prozesskontrolle (SPC) geeignet, da auch die Fertigungsumgebung mithilfe von Laserscannern überwacht werden kann und ein vollständiger Zugriff auf historische Daten für tiefergehenden Analysen ermöglicht wird. Was entscheidend ist, eine schnellere Datenerfassung liefert mehr und frühzeitiger Messdaten zum Produkt, sodass Entscheidungsprozesse und Korrekturmaßnahmen beschleunigt werden. Ein Hersteller profitiert von besseren Einblicken in die allgemeinen und lokalen Abweichungen eines Produkts vom CAD-Modell und in die langfristigen Trends.

Selbst in hochproduktiven Fabriken können Bauteile durch einen Roboter oder eine andere Vorrichtung vom Förderband entnommen werden und für Schnellmessungen zu einer robusten, zuverlässigen und wiederholgenauen Laserscan-Station gebracht werden. Produkte wie Strichcode-Lesegeräte und Funkfrequenzerkennung (RFID) zur Identifizierung von Werkstücken sind ausgereifte Technologien, die die automatisierte Prüfung ideal ergänzen und unterstützen.

In Verbindung mit Industrie 4.0 Verfahren, die alle Bereiche des verarbeitenden Gewerbes integrieren, um die Effizienz des gesamten Fertigungsprozesses zu steigern, dürfte das 3D-Laserscannen bei der Verwirklichung des Industrie 4.0 Konzepts unverzichtbar sein. Da die Messergebnisse in Echtzeit an die Werkzeugmaschinen zurückgeführt werden, ist stets eine gleichbleibende Produktqualität gewährleistet. Ausfallzeiten werden minimiert, Nacharbeitung und Ausschuss werden vermieden.