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Flexible Messvorrichtung

Qualitätssicherung bei Hersteller von Bauteilen für Flugzeugtriebwerken
Flexible Messvorrichtung

Zweckgebundene Messvorrichtungen sind tendenziell aufwendig herzustellen und teuer. Wenn sich ein Bauteil ändert, sind sie meist nicht mehr oder nicht ohne Anpassungen zu verwenden. Anfang des Jahres hat Renishaw ein software-gesteuertes Messsystem auf den Markt gebracht, mit dem die Nachteile dieser mechanisch aufgebauten zweckgebundenen Messsysteme überwunden werden sollen.

Meyer Tool, ein Hersteller von Bauteilen für Flugzeugtriebwerken, hat sich deshalb nach flexibleren Systemen umgesehen.

Für Messungen im Prozess entwirft, konstruiert und wartet Meyer Tool in einem Jahr Dutzende dieser teuren Messeinrichtungen.
Nun hat sich Meyer Tool das neue Equator-Messsystem von Renishaw angesehen. Während der Testphase hat das Messsystem zum Wegfall von mindestens vier teuren Messvorrichtungen in einer neuen Fertigungszelle beigetragen. „Und dies ist nur der Anfang. Wir erwarten vom Equator Messsystem noch mehr im Hinblick auf unsere kundenspezifischen zweckgebundenen Messvorrichtungen, deren Entwicklung, Konstruktion und Wartung bis zu 20 000 US-Dollar kosten kann”, erklärt Beau Easton, Qualitätsmanager des Unternehmens. „Im gesamten Prozess können noch weitere Kosten in Höhe von 3 000 bis 10 000 US-Dollar durch Konstruktionsänderungen für die erneute Konfiguration und Qualifizierung einer vorhandenen Messvorrichtung anfallen.“
Die Kosten fester Messvorrichtungen senken
Bei dimensionalen Messungen im Prozess verlässt sich das Unternehmen grundsätzlich auf fertigungszellen-basierte taktile Messvorrichtungen, die Einzelpunktmessungen unter Verwendung pneumatischer Digitaltaster durchführen. Feste Messvorrichtungen in einer Fertigungszelle liefern sehr schnell Rückmeldungen, sind aber teuer. Die Entwicklung bzw. Konstruktion der Teilestruktur könne 6 000 US-Dollar kosten und weitere 500 US-Dollar pro Taster sowie den Aufwand für Studien zur Überprüfung und Wartung, erläutert Easton. „Wenn wir eine komplette Düsenlehre herstellen, kann es sein, dass sechs bis zehn Spannmittel mit jeweils sechs bis zwanzig Messtastern benötigt werden. Wenn sich ein Merkmal oder eine Toleranz am Werkstück ändern, entsteht ein zusätzlicher Zeitaufwand für die Änderung oder Abnahme der Messvorrichtung.”
Der SPC Manager Bridget Nolan: „Wir wurden bei der Einführung des neuen Renishaw Systems miteinbezogen und stellten die Werkstücke. Renishaw übernahm die Programmierung und die Ergebnisse deckten sich mit den Ergebnissen unserer Koordinatenmessgeräte (KMG).” Nolans Team ist für die Einrichtung, Wartung und Programmierung der Messvorrichtungen, Spannmittel und Geräte des Unternehmens zuständig.
Vergleichsmessungen, Mastering und Wiederholgenauigkeit
Auch wenn das Equator Messsystem ungewöhnlich aussieht, arbeitet es mit der Methode der vergleichenden Referenzierung (Mastering) und Messung, die jeder kennt, der Messsysteme einsetzt. Ein Masterteil mit Merkmalen bekannter Abmessungen wird verwendet, um das System zu nullen. Alle anschließenden Messungen werden mit diesem Werkstück verglichen. Das Equator Messsystem zeichnet sich durch eine äußerst wiederholgenaue Messtechnologie aus, die auf einer parallelen Kinematikstruktur basiert. Die Leichtbauweise der Struktur erlaubt sehr schnelle Bewegungen, bei gleichzeitig hoher Steifigkeit. Das System verwendet den taktilen Messtaster SP25M, Tastereinsätze und Wechselmagazine von Renishaw sowie die Programmiersoftware MODUS Equator. Was die Kosten anbelangt, können drei bis fünf feste Messvorrichtungen in einer Meyer Tool Fertigungszelle durch ein Equator Messsystem ersetzt werden. Gleichzeitig kann Equator für mehrere Werkstücke eingesetzt werden und in Sekundenschnelle zwischen den Werkstücken wechseln, durch einfachen Programmwechsel.
Einsatz in einer Lean Cell
Das Equator Messsystem wird derzeit in einem mannarmen Fertigungsprozess in der Meyer Tool Werkstattumgebung eingesetzt. Es ist im Orion SPC-System von Meyer Tool integriert. Orion kommuniziert mit der Equator Software MODUS und liefert dem Bediener Ergebnisse in Form von Maßangaben, SPC-Diagrammen usw. Auf diese Weise kann der Bediener die CNC-Bearbeitung optimieren. „Wenn man bedenkt, dass der Maschinenbediener variable Daten erhält und das aktuelle Werkstück mit früheren Messungen vergleichen kann, ist das hier nicht einfach nur eine Ausschussanalyse”, erklärt Nolan. Die Werkstücke müssen Toleranzen zwischen ±0,025 bis ±0.076 mm erfüllen. Die Messzeiten schwanken je nach Werkstück, in der Regel betragen sie jedoch zwei bis sechs Minuten. Sie liegen damit deutlich in der für die Zelle vorgegebenen Taktzeit, sodass das System problemlos mit den Bearbeitungsvorgängen Schritt halten kann.
„Wir messen bereits fünf verschiedene Werkstücke für zwei verschiedene Triebwerkseinheiten und wir haben mehrere Spannmittelsätze für das Equator Messsystem eingerichtet und qualifiziert”, sagt Nolan. „Wir versuchen, so viele verschiedene Arbeitsgänge an einem Spannmittelsatz wie möglich zu kombinieren, um den Aufwand für die Qualifizierung zu begrenzen. Derzeit arbeiten wir an einem Satz, der drei miteinander kombiniert. Wir messen Form- und Lagetoleranzen, Kerben, Lochdurchmesser, Profile, Auslauf und ähnliches mit Messtastern. Wir wollen aber auch das taktile Scannen mit dem SP25M Messtaster einführen. Wir haben das Wechselmagazin und nutzen mindestens vier unterschiedliche Tastereinsätze ohne bei jedem Wechsel nachkalibrieren zu müssen. Das ist sehr praktisch.”
Messungen nach absoluten KMG-Standards
Die Equator-Messungen bei Meyer Tool sind auf KMG-Messungen abgestimmt, da ein KMG kalibriertes Masterteil als Referenz dient. „Das Masterteil gibt die Werte vor, die das Equator Messsystem im Messvolumen vorfinden soll. Gleichzeitig berücksichtigt die Software automatisch die Kompensationswerte aus der Differenz von Soll- und Istwert am Masterteil, die mit dem KMG erfasst wurden. Geprüft wird im Bereich von 10 Prozent auf die zulässige Abweichung vom Sollwert”, erklärt Nolan.
Ein erneutes Re-Mastering bei jedem Werkstückwechsel ist nicht erforderlich. Zur Kompensation der Temperaturschwankungen im Werk hat Meyer Tool beschlossen, das Re-Mastering alle drei Stunden durchzuführen. „Das Equator Messsystem speichert die Masterteile und Auswertungsergebnisse. Wir können in diesem 3-Stunden-Fenster daher so oft zwischen Werkstücken wechseln, wie wir wollen, ohne neu mastern zu müssen.“, sagt Nolan.
Qualität steht an erster Stelle
Meyer Tool ist ein führender US-Hersteller mit mehr als 1000 Mitarbeitern in zehn Niederlassungen, der Teile für den Hochtemperaturbereich in Flugzeugtriebwerken für OEMs der Luftfahrtindustrie fertigt. In erster Linie werden Werkstoffe verarbeitet wie Superlegierungen auf Nickel- und Cobaltbasis.
Mit fast 500 schnellen Bohrerodiermaschinen ist Meyer Tool der größte Hersteller Nordamerikas in der Erodiertechnik (EDM). Die Erodiermaschinen des Unternehmens bohren über 1,75 Millionen Löcher täglich. Da eine fehlerhafte Bohrung unter Hunderten zum Ausfall von Hochdruckturbinenschaufeln führen kann, wird Qualität bei Meyer Tool ganz groß geschrieben. Das Unternehmen verfügt über 10 bis 15 Qualitätstechniker, acht intensiv geschulte Experten (Black Belts) und ein Team aus fünf Mitarbeitern für die statistische Prozessregelung (SPC). „Vor über 10 Jahren, nach der AS 9100-Zertifizierung, haben wir das schlanke Produktionsmanagement eingeführt“, so Easton. „Die Investition hat sich ausgezahlt. Unsere Qualitätsquote ohne Nacharbeit im Januar dieses Jahres betrug 98,9 Prozent.”
Dieser Erfolg sei dadurch erzielt worden, dass das Echtzeit-Feedback auf ein deutlich anspruchsvolleres Niveau angehoben wurde, fügt er hinzu. Das Informationsrückgrat des betrieblichen Mess-, SPC- und Qualitätssystems bilden die unternehmenseigene Software Orion sowie Arbeitsstationen, die von seiner Tochtergesellschaft Sigma Technology Services gewerblich vertrieben werden. Alle Werkstücke werden zu Hundert Prozent durch verschiedene Verfahren geprüft. Dazu gehören u.a. Laserscannen und taktiles Messen auf KMGs, radiometrische, optische Messungen durch 5-Achsen-Systeme und kontinuierliches Scannen. Alle Anwendungen sind im Orion-System vernetzt, das die gleiche Bedieneroberfläche auf allen Messsystemen bietet. „Sie können die Seriennummer eines Werkstücks an jedem Terminal unseres Werks eingeben und die dazugehörigen Messergebnisse ansehen”, sagt Easton. „Die Information wird immer diesem Werkstück zugeordnet. Vor der Auslieferung werden alle Prüfdaten auf die erfolgreiche Abnahme aller Punkte kontrolliert. Wenn nur ein Fehler festgestellt wird, wird das Teil herausgenommen, bis alle Prüfungen bestanden wurden. Unsere Ausfallquote, gerechnet auf ein Teil zu 1 Million (ppm), beträgt quasi Null und unsere Kunden wissen das.”
Renishaw, Pliezhausen, www.renishaw.de
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