Einsatz von KMG in der Fertigung

Ing. Herbert Löschner, Carl Zeiss, Oberkochen

Seit 1984 werden im Motorenwerk der Fordwerke AG in Köln Koordinatenmessmaschinen zur Überprüfung von Zylinderblöcken und Zylinderköpfen eingesetzt. Diese Messmaschinen sind in der jeweiligen Fertigungslinie in einem zugeordneten Messraum integriert.

Die Koordinatenmessmaschinen werden im Wesentlichen zur Überprüfung von nicht nachstellbaren Merkmalen, wie Position von Bohrungen und Flächen, eingesetzt. Sie sind der Ersatz anstelle der bis dahin verwendeten aufwändigen und unflexiblen Positions-Lehren (Doghouse- Gauges).

Im Scanning-Betrieb eines Koordinatenmess-gerätes erfasst das Tastsystem mit VAST-Technologie durch kontinuierliches Abzeilen, also in einem einzigen, unterbrechungsfreien Messvorgang, eine Folge von eng aneinanderliegenden Messpunkten.

Durch die möglichst vollständige Erfassung der Werkstückoberfläche mit Vielpunktmessung lässt sich in einem Messvorgang neben Maß und Lage auch gleich die Form und somit die Formabweichung des Werkstücks sehr präzise darstellen. Dies ist insbesondere bei komplizierten und eng tolerierten Teilen mit Funktions-, Aufnahme- und Anschlussmaßen für die Qualitätssicherung und Überwachung des Fertigungsprozesses von großer Bedeutung.

Ein graphikorientiertes und selbsterklärendes Bedienkonzept bei VAST macht die Scanning-Technologie ohne Spezialwissen für die Anwender in der Fertigung bedienbar.

Erstmals wurde ein KMG mit VAST Mitte 1995 in einer neu installierten Fertigungslinie an einer Zeiss FC 900 für die Überprüfung von Zylinderblöcken eingesetzt. Mit dem Einsatz dieses KMG wurde untersucht, ob Messungen der Formabweichungen wie Rundheit, Geradheit und Parallelität der gehonten Zylinderbohrungen mit der VAST – Technologie möglich sind. Bisher wurden diese Formabweichungen auf einem Mahr Formtester MFK 6 in einem Messraum der Qualitätskontrolle gemessen. Dazu wurden Vergleichsmessungen zwischen diesen beiden Messsystemen durchgeführt. Es wurde ein Zylinderblock jeweils in 5 Schnittiefen an allen 6 Zylindern auf der FC 900 mit VAST gemessen. Die gleichen Messungen wurden dann auf dem Rundheits-prüfgerät MFK 6 wiederholt. Die Abweichungen zwischen beiden Messsystemen wurden dann ermittelt

Die Unterschiede von max. 0,002 mm zwischen beiden Systemen im Verhältnis zur vorgegebenen Toleranz – Spezifikation war sehr gering und akzeptabel. Dies weiß und akzeptiert jeder erfahrene Fachmann der Messtechnik. Bei dieser geringen Abweichung sollte man berücksichtigen, dass zwei unterschiedliche Messsysteme zwei verschiedene Messergebnisse ergeben und auch die Messpunkte nicht genau reproduziert werden können. Aufgrund dieses positiven Ergebnisse wurde entschieden, auf die bisherigen Messungen im Messraum der Qualitätskontrolle zu verzichten und nur noch in unregelmäßigen Abständen als Vergleich zu dem Formtester zu prüfen. Dadurch fielen von heute auf morgen die zusätzlichen Transportwege und Zeiten zwischen der Fertigungslinie und dem Messraum weg. Auch die Messzeiten – Formtester zu KMG – reduzierten sich ca. auf die Hälfte. Bedingt durch diese Zeiteinsparungen wurde zusätzlich entschieden, die Prüffrequenz dieser Formmessungen zu erhöhen, was eine zusätzliche Sicherungsmaßnahme für die Überwachung der Fertigungsqualität bedeutet.

Aufgrund der positiven Erfahrungen mit der FC 900 VAST in der Zylinderblock – Linie wurde entschieden, ein bereits vorher installiertes KMG FC 900 in der Zylinderkopf – Linie auf VAST umzubauen. Diese Maßnahme sollte in erster Linie dazu dienen, um weitere Erfahrungen mit VAST zu sammeln und um eine Entscheidungshilfe für die Bestellung einer weiteren FC 900 für eine zusätzliche Zylinderkopf – Linie zu sammeln. Das Ziel dieser Erfahrungen sollten Einsparungen von speziellen Lehren, Mess – und Prüf-einrichtungen für diese neue Fertigungslinie sein. Bei diesen praktischen Erfahrungen wurde ermittelt, dass die Prüfmerkmale Brennraumkontur zur Bearbeitungsaufnahme, Lage der Kopf- und Haubendichtrandflächen zur Brennraumbestimmung, Ebenheiten aller funktionswichtigen Flächen auch auf dem KMG mit VAST geprüft werden können. Für die neue Zylinderkopf-Linie wurde als Konsequenz entschieden, die bisher zusätzlichen Lehren, Mess- und Prüfeinrichtungen nicht mehr zu beschaffen und statt dessen die Prüfung auf das KMG zu verlagern. Damit war eine erhebliche Kosteneinsparung von ca. 15 % des gesamten Beschaffungsbudgets für Lehren, Mess- und Prüfeinrichtungen für diese Fertigungslinie verbunden.

Im Einzelnen konnten 5 Indikatorlehren für Prüfmerkmale, wie Ebenheit der Brennraumfläche, Auslassdichtfläche, Einlassdichtfläche, sowie Lage der manuf. Holes zur Rohlingskontur ersetzt werden. Ebenso 3 elektronische Lehren mit Prüfmerkmalen, wie Lage von Punkten, Lage von Brennraumfläche und Haubendichtfläche, sowie Lage der Nockenwellenbohrung. Die Gesamteinsparung betrug ca. DM 470.000.-

Nach weiteren positiven Erfahrungen mit VAST wurde im März 1996 entschieden, die erforderlichen Prozessfähigkeitsuntersuchungen bei der Installation einer neuen Transferstraße zur Fertigung von Zylinderköpfe auf einer für diese Linie neu beschafften FC 900 mit VAST durchzuführen. Aufgrund der kleinen Toleranzen (Siehe Bearbeitungsskizze: Durchmesser mit 0,02 mm, Rundheiten mit 0,013 mm sowie Ebenheiten und Parallelitäten mit 0,05 mm) wurden bisher für derartige Messungen nur spezielle pneumatische bzw. elektronische Lehren verwendet. Diese speziellen Lehren werden im normalen Serienbetrieb nach Werkzeugwechsel und zur ständigen Fertigungskontrolle eingesetzt.

Bei einer Prozessfähigkeitsuntersuchung müssen alle einzelnen Bearbeitungsmaschinen einer Transferstraße überprüft werden, wobei je Bearbeitungsoperation 50 Werkstücke gemessen werden. Da viele Positionen Bohrungen und Flächen ohnehin einer Prozessfähigkeitsuntersuchung unterzogen werden, bot es sich an, die zusätzlichen Messungen bei dieser Gelegenheit gleichzeitig durchzuführen. Das positive Resultat war, dass mit dem KMG alle erforderlichen Prozessfähigkeitsuntersuchungen erfolgreich durchgeführt werden konnten. Die geforderten Prozess-fähigkeitsindexe, Pp und Ppk mit min. 1,67 wurden erreicht. Festzustellen ist, dass mit dieser Methode erhebliche Messzeiten eingespart wurden und der Transferstraßen- Hersteller durch die direkte Auswertung am KMG – Rechner und Anbindung an die Q-STAT – Software unmittelbar über die Resultate informiert werden konnte. Ein weiteres positives Ergebnis war, dass mit VAST Prozessfähigkeitsuntersuchungen auch mit kleinen Toleranzen von Durchmessern, Rundheiten, Ebenheiten und Parallelitäten möglich sind.

Der Einsatz der VAST – Technologie stellt nach Meinung des Autors den größten Technologiesprung der letzten Jahre in der Entwicklung der Koordinatenmesstechnik dar. Sie hat für bestimmte Messaufgaben große Vorteile gegenüber der Punktantastung, was insbesondere die Messgenauigkeit betrifft. Außerdem können mit dieser Technik Mess-aufgaben erfüllt werden, die bisher nur auf Spezial-Messmaschinen oder auf speziellen Lehren möglich waren. Ein weiterer entscheidender Vorteil ist, dass durch die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten erhebliche Kosten- und Zeiteinsparungen erzielt werden können. Außerdem ergeben sich bedingt durch die relativ kurzen Messzeiten gegenüber anderen Messmitteln für den Anwender die Möglichkeit von höher frequentierten Messungen ohne zusätzlichen Aufwand, jedoch ist damit eine bessere Bewertung der Fertigungsqualität möglich.

Mit der integrierten VAST – Technologie in die Koordinatenmessmaschinen, insbesondere auch für den Einsatz in der Fertigung, wurde hier ein Meilenstein gesetzt.

Kurz und prägnant gesagt, sind die Schlussfolgerungen mit dem Einsatz von VAST:

– Verbesserte Aussage über die Fertigungsqualität durch mehr Messen

l Nahezu Identische Ergebnisse im Vergleich zu speziellen Formtestern

l Zeiteinsparung durch reduzierte Transport, Wege – und Messzeiten

l Zeiteinsparung bei Prozessfähigkeitsuntersuchungen

l Kosteneinsparung durch Wegfall von Spezial – Lehren

Weitere Informationen A QE 414