Optische 3D Messung für das automatisierte Messen in der Linie Null-Fehler-Produktion im Visier - Quality Engineering

Optische 3D Messung für das automatisierte Messen in der Linie

Null-Fehler-Produktion im Visier

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Die Fertigung wird anspruchsvoller , und jedes gefertigte Teil – ganz gleich in welchem Anwendungsgebiet – hat seine eigenen Herausforderungen. Der Schlüssel zu einem hochwertigen und zuverlässigen Produkt ist eine solide automatische Inspektion in der Fertigungslinie. Damit wird die Null-Fehler-Produktion möglich.

Um Produktionsfehler zu vermeiden, muss man die einzelnen Prozesse und deren Toleranzen sehr genau kennen. Nur die ganz klare Abgrenzung zwischen minimaler Prozess- und Fertigungstoleranz zur Prozessabweichung hilft, das Ziel der Null-Fehler-Produktion zu erreichen. Je minimaler die Abweichungen nach einem optimierten Prozess sind, desto genauer (zertifiziert) müssen die Messdaten sein, auf deren Basis Entscheidungen getroffen werden.

Hat man in der Vergangenheit Fehler festgestellt und analysiert, um anschließend die Ursachen abzustellen, steht heute vielmehr die Prävention von Fehlern und Abweichungen im Vordergrund. Der Mensch ist dabei als Qualitätsinstitution zunehmend überfordert: Sichtkontrollen durch Mitarbeiter dauern lange und führen nicht zu objektiven Ergebnissen. Einer Null-Fehler-Produktion stehen sie damit im Wege. Außerdem reicht das reine Überprüfen von Kenngrößen gemäß Spezifikation vielfach nicht mehr aus. Das Vermessen von Bauteilen im Messraum dauert zu lange und ist zu kostenintensiv. Hier lassen sich nur Stichproben unter die Lupe nehmen.

Damit stellt sich die Frage: Wie kann man heute zuverlässig produzieren? Sich auf einen im Vorfeld einer Serie perfekt optimieren Setup der verwendeten Maschinen und Materialien sowie Prozesse zu verlassen, führt leider nicht zum gewünschten Erfolg. Neben der 100-%-Abdeckung von Spezifikationsmerkmalen wird es immer mehr notwendig, die gemessenen Kenngrößen in Echtzeit zu verarbeiten und entsprechend zu visualisieren.

Kunden fordern eine hohe Maßhaltigkeit der Produkte und hohe Durchsätzen in der Fertigung

Das koreanische Unternehmen Koh Young nimmt sich dieser Aufgabe bereits seit über 15 Jahren an: gehört zu den Pionieren der 3D-Messtechnik. Mehr als 10 000 Messsysteme sind weltweit installiert – vorrangig in der Elektronikfertigung. Zu den Kunden gehören zum Beispiel die großen Hersteller von Smartphones. Typisch für diese Branche sind die Forderungen nach hoher Maßhaltigkeit der Produkte und nach hohen Durchsätzen in der Fertigung. In der Vergangenheit sorgte die Inspektion der gefrästen Metallgehäuse immer wieder für den Flaschenhals in der Produktion. Denn Elektronik und Gehäuse müssen exakt zusammenpassen, damit es später nicht zu Reklamationen kommt.

Die steigende Komplexität der mechanischen Designs sowie der Verschmelzung verschiedener Materialien im Montageprozess schließt praktisch aus, dass die Mitarbeiter Schäden und Abweichungen rechtzeitig erkennen. Die exakte Vermessung und Erfassung der einzelnen Kenngrößen ist somit der logische Schritt. Dieses Verschmelzen von Elektronik und mechanisch gefertigten Bauteilen im finalen Produkt hat zur Weiterentwicklung und Anwendung der Koh Young Kerntechnologie in der allgemeinen Messtechnik geführt.

Kombination aus 100-%-3D-Messung
und klassischer 2D-Inspektionstechnologie

Das erste Produkt für die Fertigungsindustrie ist das 3D-MOI Infy, das die 100-%-3D-Messung mit der klassischen 2D-Inspektionstechnologie kombiniert. Mit ihm lassen sich beispielsweise Dimensionen, Abstände, Durchmesser und Winkel, aber auch Einflüsse wie etwa kritische Oberflächen-Vorwölbungen, Struktur- und Farbveränderungen inline im Fertigungsprozess erfassen. Es handelt sich um ein Bildverarbeitungssystem, das lokale Abweichungen im Sichtfeld innerhalb von 0,6 s/FOV (40 x 40 mm, 20 µ), (FOV 10 x 10 mm, 5 µ) erkennt. Bei Höhenmessungen beträgt die Genauigkeit 1,5 μm, bei Längenmessungen 20 μm. Dabei gilt das Prinzip: Das System vermisst so genau, wie es für die Fertigung erforderlich ist, ohne an Robustheit einzubüßen. Die CAD-Daten des Bauteils oder der Baugruppe sind dabei der Benchmark.

Eine parametrische Programmierung, die auch vollständig offline durchführbar ist, macht das Prüfergebnis unabhängig vom Programmierer. Das System misst sämtliche Attribute des Prüflings, nicht zu vergessen sind die Überprüfung kosmetischer Defekte oder Verunreinigungen der Oberfläche. Das Einstellen von Prüfparametern und Schwellwerten benötigt keine speziellen Erfahrungen in der Bildverarbeitung. Das System basiert auf einer Messtool-Bibliothek zur schnellen Erstellung des Prüfprogramms, da bereits eingestellte Parameter und Schwellwerte für Objekte ohne Anpassung unkompliziert übernommen werden können.

Das 3D-MOI Infy ist heute in der Smartphone-Fertigung für die Inspektion der Metallgehäuse im Einsatz, eignet sich aber im Prinzip für alle kleineren Bauteile und Produkte bis zu einer Größe von 300 x 500 mm, die in hohen Stückzahlen hergestellt werden und bei denen eine 100-%-Kontrolle Sinn macht – angefangen bei der Metallverarbeitung bis hin zum Spritzguss. Auch für die finale Inspektion kompletter Produkte am Ende einer Montagelinie lässt sich das automatisierte Messsystem einsetzen. So gibt es aktuell Kundenanfragen aus der Automotive-Branche für die Inspektion von Bremsbelägen hinsichtlich Kratzer und Höhendifferenzen sowie für die Kontrolle von flachen, rechteckigen Abdeckungen für Batterien in Elektroautos. Das System wird einschließlich des passenden Handlings für die jeweilige Anwendung ausgeliefert, sodass es vollautomatisiert arbeitet.

Grundlage zur Realisierung von geschlossenen
Regelkreisen im Sinne von Industrie 4.0

Die Erfassung der Messdaten bildet die Grundlage zur Realisierung von geschlossenen Regelkreisen im Sinne von Industrie 4.0. Automatisierte Regelkreise zwischen Maschinen sind nur dann möglich, wenn die Entscheidungen auf präzisen Messdaten beruhen – mit dem klaren Ziel, die Fertigungsqualität über die gesamte Dauer der Produktion hochzuhalten. Denn oft ist es zwar möglich, eine Abweichung im Prozess zu kompensieren, doch führen die eingeleiteten Veränderungen überraschend zu einem Anstieg der Ausfallquoten. Das 3D-MOI Infy ist in der Lage, die Daten an die CNC-Fertigungsmaschine zu melden.

Um dies zu vermeiden, müssen die Mitarbeiter in der Fertigung sowie die Prozessverantwortlichen Tools zur hochpräzisen Visualisierung an die Hand bekommen. Sie können Entscheidungen in Echtzeit treffen – und damit letztlich die Null-Fehler-Produktion realisieren. ■


Der Referent

Harald Eppinger

Managing Director

Koh Young Europe

www.kohyoung.com


Das Unternehmen

Koh Young bietet 3D-Mess- und Prüfmittelsysteme, die in Fertigungsunternehmen der Leiterplatten- und Halbleiterindustrie zu finden sind. Das Unternehmen unterstützt die Anwender bei der Auswertung der komplexen Messdaten. Der Hauptsitz ist Seoul/Korea. Der deutsche Stützpunkt ist Koh Young Europe in Alzenau. Weitere Sales- und Support-Zentren liegen in den USA, Japan, Singapur, China und Korea.

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