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3D-Daten im Produktionstakt

Inline-Computertomographen sichern sekundenschnell die Qualität
3D-Daten im Produktionstakt

Röntgenstrahlen durchleuchten Werkstücke und ermöglichen so die frühe Feststellung von Fehlern beziehungsweise von Ausschuss. Bisher kamen in der Fertigungsumgebung aufgrund ihrer Robustheit und Schnelligkeit allein 2D-Röntgenmessgeräte zum Einsatz. Mittlerweile generieren Computertomographen in der rauen Fertigungsumgebung 3D-Volumendaten innerhalb weniger Sekunden.

Unternehmen, die sicherheitsrelevante Bauteile herstellen, prüfen immer häufiger zu 100-Prozent. Dabei wollen oder müssen sie bei vielen Produkten mit einem Computertomografen (CT) bis ins Innere schauen, um mögliche Fehler zu entdecken beziehungsweise auszuschließen. Eine aufwendige Messung im Messraum ist angesichts der engen Zeitvorgaben der Kunden jedoch nicht immer praktikabel. Denn in der Regel dauert es viele Minuten, bis ein Bauteil mit einem traditionellen CT vermessen ist.

Einschließlich des Transports in den Messraum ist diese Zeitspanne eindeutig zu lang, wenn man viele Bauteile im Produktionstakt prüfen will. Deshalb greifen Unternehmen zur Inspektion in der Fertigungsumgebung häufig auf die 2D-Radiografie zurück. Bei diesem Verfahren durchleuchten ebenfalls Röntgenstrahlen die Werkstücke. Doch die Ergebnisse liefern lediglich eine zweidimensionale Aussage über das Bauteil. Die tatsächliche Lage und Größe von Defekten senkrecht zur Blickrichtung lässt sich nicht erkennen, sodass nur eingeschränkt zu beurteilen ist, ob das Bauteil gut oder schlecht ist.
Der Computertomograf Zeiss Volumax führt nun die Vorzüge von Computertomografie und 2D-Radiografie zusammen: Er generiert 3D-Volumenmodelle wie ein Computertomograf im Messraum. Dennoch eignet er sich wie die 2D-Radiografie für die Fertigungsumgebung: Er ist bei Temperaturen zwischen 15 und 40 °C einsatzfähig und liefert die Messergebnisse innerhalb von Sekunden. Angesichts dieser Vorteile interessieren sich immer mehr Unternehmen für ein Inline-Computertomografen. Mittlerweile bieten eine Reihe von Herstellern diese an, Zeiss seit Sommer 2012.
Die Nachfrage ist groß: Denn von Automobilzulieferern oder Medizintechnikherstellern sind 100-Prozent-Prüfungen zum Teil heute schon gefordert – zu Zwecken der Dokumentation und Nachverfolgbarkeit. In der Medizintechnik müssen viele Hersteller aufgrund gesetzlicher Vorgaben die Funktionsfähigkeit ihrer Produktionsprozesse nachweisen. Dies erfolgt in der Regel mittels einer aufwändigen und teuren Prozessvalidierung. Wesentlich einfacher ist das unter Einsatz eines Inline-Computertomografen.
Fehlerhafte Bauteile werden frühzeitig identifiziert und ausgeschleust
Das heißt, an jedem Bauteil wird anhand des Ergebnisses überprüft, ob der Prozess den Vorgaben entspricht. Neben der Absicherung der Unternehmen punktet das In-line-CT außerdem damit, dass frühzeitig fehlerhafte Bauteile identifiziert und aus dem weiteren Bearbeitungsprozess ausgeschleust werden. Per CT lassen sich beispielsweise Lunker in Rohgussbauteilen aufdecken, die beim späteren Bohren oder Fräsen zu Oberflächendefekten führen würden. Im Gegensatz zu 2D-Bildern lassen sich dabei genau der Ort des Defektes, die Größe und die Form bestimmen. Qualitätsverantwortliche können so entscheiden, ob sich die weitere Bearbeitung lohnt oder nicht. Somit gewinnen Unternehmen nicht nur Sicherheit bezüglich der Qualität ihrer Bauteile und Produktionsprozesse.
Kurze Taktzeiten durch höhere Lichtstärken
Sie sparen sich auch Zeit, vermeiden eine unnötige Bearbeitung von fehlerhaften Teilen, reduzieren ihren Ausschuss und senken damit letztlich ihre Produktionskosten. Aber nicht nur einzelne Bauteile, auch ganze Baugruppen lassen sich nach der Montage mit dem Computertomografen überprüfen. Der Blick ins Innere der Baugruppe ist zum Beispiel bei der Qualitätssicherung komplexer Kunststoffprodukte wie zum Beispiel medizinischer Spritzen sinnvoll, um Defekte zu erkennen, ohne die Bauteile zerstören zu müssen. Hier spielt der Computertomograf auch gegenüber Koordinatenmessgeräten für die Fertigungsumgebung seine Vorteile aus.
Um die Messzeit des Computertomografen zu verkürzen, erhöhte Zeiss beim Volumax die Röntgenleistung, das heißt die „Lichtstärke“, gegenüber seinen bisherigen Computertomografen. Wie bei einer Kamera lassen sich damit die Belichtungszeit und damit die Messzeit verkürzen. Allerdings verringert sich gleichzeitig die Auflösung. Grundsätzlich lassen sich mittels Inline-CT ganz unterschiedliche Werkstoffe scannen. So eignet sich Aluminium beispielsweise hervorragend, die akkumulierte Wandstärke liegt beim Volumax bei 150 mm.
Sehr gut lassen sich zudem Kunststoffe prüfen – mit einer Wandstärke von bis zu 300 mm – sowie Stahl bis zu einer Wandstärke von 20 mm. Bei Aluminiumbauteilen lassen sich Zykluszeiten von 25 s realisieren. Bei Kunststoffbauteilen werden, bedingt durch die geringere Materialdichte, noch deutlich kürzere Scanzeiten erreicht. Zykluszeiten von 15 bis 20 s sind mittlerweile möglich. Genau so schnell geht es bei der Kontrolle von zusammengebauten Teilen, deren verschiedene Komponenten mit einer Dichtlippe gegeneinander abgedichtet sind: Ein Scan für ein aus mehreren Teilen bestehendes Kunststoffbauteil dauert gerade einmal 8 s, sodass einschließlich Be- und Entladung eine Zykluszeit von 13 s umgesetzt werden kann.
Bis zu 100 spritzgegossene Bauteile in einem Schritt sind von Kunden realisiert
Eine weitere Reduzierung der Zykluszeit pro Bauteil lässt sich erzielen, indem man mehrere kleinere Bauteile gleichzeitig scannt. Zeiss kennt Kunden, die in einem Durchgang bis zu 100 spritzgegossene Bauteile prüfen. Damit lässt sich die „Taktzeit“ sogar auf unter eine Sekunde pro Bauteil senken. Allerdings hat die Schnelligkeit des Inline-Scannens wie oben beschrieben ihre Grenzen. Beim Volumax liegt die Auflösung aufgrund der kurzen Scanzeiten bei 150 µm. Bei der Visualisierung kleiner Merkmale stößt diese Technologie daher an ihre Grenzen, da muss man Kompromisse eingehen. ■
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