Zeit- und Kostenvorteile durch Laser Tracker

Dipl.-Ing. Theo Drechsel, 4marcom + PR, Unterschleißheim

Zeit- und Kostendruck ist in der Industrie allgegenwärtig. Dies bekommen auch Abteilungen der Qualitätssicherung zu spüren. Als Mitarbeiter der Abteilung Messtechnik und QS-Produktionsanlagen im Werk Hamburg der Airbus Deutschland GmbH müssen sich beispielsweise die zwei Messingenieure Uwe Drohne und Olaf Henningsen dem Wettbewerb stellen.

Uwe Drohne erklärt: „Wir müssen sowohl in punkto Kosten als auch im Hinblick auf die Qualität unserer Arbeit mit externen Dienstleistern mithalten. Um das zu schaffen, ist es notwendig, gut organisiert zu sein und den Ablauf der Arbeit mit Hilfe moderner Technik effizient zu gestalten.„ High-tech bedeutet in diesem Fall ‚optische Messtechnik’ in Form eines Laser Trackers von Faro (ehemals als SMX-Tracker bekannt). Diese Technik ist zwar noch relativ jung, bei Airbus – einem Unternehmen der ersten Stunde – jedoch schon seit etwa fünf Jahren im Einsatz.

Davor nahmen Drohne und seine Kollegen mit Theodolithenmesssystemen Maß. Kein leichtes Unterfangen, denn für den Aufbau sowie für die Messarbeit war viel schweres Zubehör in Form von Stativen notwendig. Um richtig justieren und messen zu können, waren für den Vorgang bis zu vier Mitarbeiter notwendig. Heute genügen ein bis zwei Mitarbeiter, um die selbe Aufgabe zu bewältigen.

Aufmerksam auf den Laser Tracker wurden die Messingenieure von Airbus erstmals in Fachmedien und auf Fachmessen. Zudem kamen Anbieter dieser Technik auf die Fachspezialisten des Flugzeugbauers zu und konnten letztendlich mit nachweisbaren Einsparungen sowie technischer Überlegenheit gegenüber den Theodolithenmesssystemen überzeugen. Drohne betont: „Als wir damals auf den Laser Tracker umgestiegen sind, schlugen für uns direkte Einsparungen an Personalkosten zu Buche.„ Etwa die Hälfte der Mannstunden werden heute für vergleichbare Aufgaben benötigt. „Es wurden jedoch keine Mitarbeiter abgebaut, es ergaben sich neue Aufgaben. Dabei war mit entscheidend, dass wir mit dem Laser Tracker neue Anwendungen insbesondere im Bereich der Bauteilmessung erschließen konnten,“ ergänzt Drohne.

Ein wichtiger Pluspunkt gegenüber den früher eingesetzten Theodolithenmesssystemen ist die erreichbare Genauigkeit. Henningsen erläutert anhand eines Beispiels: „Um das Rumpfsegment montieren zu können, müssen entsprechende Vorrichtungen aufgebaut sein, mit Abmaßen von etwa 10 u 6 u 6 Meter. In dieser Vorrichtung gilt es, eine ganz bestimmte Anzahl von Punkten untereinander zu messen und in der Geometrie zu bestätigen. Die engsten Toleranzen liegen hier bis zu +/- 0,2 mm im Messvolumen.“ Laser Tracker sind für diesen Einsatzfall das Genaueste was es gibt. Sie schaffen es auch in diesem Messvolumen, den mindestens angestrebten Faktor 3 zwischen Messgenauigkeit und geforderter Toleranz sicherzustellen.

Noch extremere Ausmaße hat die Vorrichtung zur Flügelmontage; mit 40 Meter Länge, 20 Meter Breite und 4 Meter Höhe. Für die Messung in diesem Bereich wird mit dem Tracker etwa ein Tag mit 1,5 Mannstunden benötigt. „Mit den Theodolithenmesssystemen haben wir zwar nur zwei bis drei Stunden länger gebraucht, waren aber durchwegs mit drei bis vier Mann beschäftigt,“ berichtet Henningsen. Die Messingenieure Drohne und Henningsen erläutern Hintergründe und den Ablauf des üblichen Messvorgangs am Beispiel der Vorrichtung zur Flügelmontage: „Die Vorrichtung zur Flügelmontage ist eine riesige Bauvorrichtung, auf deren Säulen später der Rumpf abgelegt wird. Auf den anderen Säulen – an der Seite – werden die Tragflächen abgelegt. Bei der Montage werden die Tragflächen dann an den Rumpf herangefahren. Damit dies alles passgenau abläuft, müssen alle Säulen in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen. Nur wenn das gewährleistet ist, kann richtig montiert werden. Unsere Aufgabe ist es, mit dem Laser Tracker die relevanten Punkte an den Säulen zu überprüfen und die Geometrie sicherzustellen. Dazu stellen wir den Laser Tracker auf ein Stativ und richten das Gerät ein, indem wir einige bekannte Punkte in der Bauvorrichtung messen. So sind wir in der Lage, die restlichen Punkte im Flugzeugkoordinatensystem zu erfassen und gegebenenfalls zu justieren.

Der Laser Tracker lässt sich aber nicht nur über große Distanzen effizient einsetzen, auch über kleinere Entfernungen hat er aufgrund seiner Mobilität Vorteile. Insbesondere das Faro-Produkt kann für Messungen an Bauteilen im Flugzeug gut eingesetzt werden. Denn dabei ist es oft sehr eng und schlecht einsehbar. Der Laser Tracker kann waagerecht oder senkrecht hingestellt werden. So prüfen die Spezialisten auch Bauteile im Inneren des Flugzeugs – etwa die Halterungen für die Handgepäckablagen, wie Henningsen erzählt: „Wenn die Flucht der Halter nicht stimmt, gibt es nicht nur Schwierigkeiten mit der Montage. Auch der optische Eindruck wird gestört. Durch den Einsatz des Laser Trackers können zudem Fertigungsmittel wie zum Beispiel Schablonen eingespart werden.“ Unter beengten Platzverhältnissen zu messen und das Messequipment zwischen den Hallen zu transportieren, wird in Zukunft noch einfacher. Der „Kopf“ des inzwischen vorgestellten Faro-Nachfolgermodells (SI) ist mit 18 bis 20 kg um gut ein Drittel leichter und kleiner als der aktuelle Vorgänger. Aus welchem Material die Bauteile sind, spielt für die optische Messung keine Rolle. Einzige Voraussetzung: Das zu vermessende Teil darf sich relativ zum Tracker nicht bewegen, um ein stationäres Messergebnis zu erhalten. Besonders vorteilhaft erweist sich für Airbus die Software des Laser Trackers von Faro: Insight 4.1.2. Henningsen erläutert: „Bei uns wiederholen sich über Monate und Jahre viele Messungen. Mit Insight müssen wir die Funktionen nur einmal eingeben und in einer Maske hinterlegen. Wiederholen sich dann diese Aufträge, ist es nur noch notwendig zu messen – die Berechnungen laufen automatisch im Hintergrund ab. Außerdem ist Insight ein bisschen wie Excel aufgebaut und daher gut bedienbar.“

Die für den neuen SI entwickelte Software CAM2 Measure beinhaltet all diese Anwendervorteile und setzt sogar noch einen drauf. Laut Faro-Vertriebsingenieur Thomas Zenker ist neben der Makroerstellung auch eine fotounterstützte Benutzerführung möglich.

Zudem verfügt CAM2 Measure über volle Geometrie- und CAD-Funktionalität. Dies wird für den Flugzeugbauer insbesondere wichtig, wenn es an den Bau des Airbus A380 geht, der komplett in 3D konstruiert wird. Die Geometriedaten liegen damit vollständig vor. „Wir werden also keine Zeichnungen mehr bekommen, sondern ein 3D-Modell. Damit sind wir in der Lage, über die Software mit dem Laser Tracker einen Soll-/ Ist-Vergleich durchzuführen, der uns bei der Messung wieder einen Zeitvorteil bringen wird,“ so Drohne.

Faro hat im Januar 2002 die in Europa vor allem durch ihre Laser Tracker bekannte Spatial Metrix Corporation („SMX“), Kennett Square, Pennsylvania, übernommen. SMX war ein führender Anbieter von Laser Trackern, Messsoftware und Inspektions-Dienstleistungen. 2001 erwirtschafteten die 60 Mitarbeiter einen Umsatz von rund $ 12 Millionen. SMX hatte die Entwicklung der neuen Generation von Laser Trackern, deren Auslieferung seit dem ersten Quartal 2002 unter dem Namen FARO erfolgt, abgeschlossen. Das seit 1996 angebotene Vorgängermodell wurde bis zum Ende des dritten Quartals 2001 verkauft. Rund 75% der Verkäufe von SMX in 2001 sind in Nordamerika getätigt worden. Deshalb erwartet FARO vor allem in Europa und in Asien eine Zunahme der Verkäufe von bisherigen SMX Produkten und Leistungen über die bereits bestehenden Vertriebskanäle von FARO.

Nach der Übernahme von SMX durch FARO präsentiert sich der Laser Tracker nun im blauen Faro-Outfit. Der Tracker ist klein und leichtgewichtig und bietet eine schnellere Messgeschwindigkeit, höhere Messgenauigkeit und einen größeren Arbeitsbereich als alle anderen auf dem Markt erhältlichen Laser Tracker. Der Tracker misst bis zu 1000 Punkte pro Sekunde, während seine hochstrahlige Auflösung, die gleichbleibende Genauigkeit und die Wiederholbarkeit erhalten bleiben. Der Laser Tracker bietet den größten Arbeitsbereich in der Industrie – 360 Grad horizontal und 130 Grad vertikal – sowie eine breite Arbeitsfläche von bis zu 35 m.

Ein wesentliches Feature des Trackers stellt das SuperADM in der „Absolut-Distanz-Mess-Technologie“ dar. Die überlegenen Tracking Eigenschaften von Super-ADM erlauben dem Anwender den Messstrahl jederzeit und an jeder Stelle zu erzeugen. Diese Eigenschaft verhindert, dass zu einem Start-Punkt zurückgekehrt werden muss, wenn der Strahl unterbrochen wurde, was häufig in überfüllten Arbeitsbereichen vorkommt. Super-ADM kann auch verwendet werden, um ein Objekt einzuscannen – dies war bisher ohne ADM nicht möglich.

Der Laser Tracker wird aus einer speziellen, thermisch stabilen Legierung hergestellt, um eine gleichbleibende Leistungsfähigkeit über die Zeit sowie bei Temperaturveränderungen sicherzustellen. Optische Komponenten sind völlig versiegelt gegen Staub und Verschmutzung und unterstützen somit die Zuverlässigkeit des Trackers. Besonders stabile Fiber-Metall Kompositbezüge schützen den Laser Tracker und schirmen ihn vor jeglichen Schwingungen aus der Umgebung ab.

Durch den eingebauten Laserinterferometer kann der Tracker auch zur Kalibrierung aller vorhandenen Koordinatenmessmaschinen oder von Mehrachsenfräsmaschinen eingesetzt werden. Wenn der Laser Tracker mit FARO’s konventioneller Control Station mit FaroArm kombiniert wird, ist das Ergebnis eine portable Produktlinie, die im Grunde genommen in der Lage ist, jede Herausforderung im Rahmen von Messungen während des Produktionsablaufs zu bewältigen. Der Einstiegspreis des Trackers liegt bei 110000 Euro.