Höherer Messdurchsatz bei gleicher Präzision

Wer weiterhin wettbewerbsfähig produzieren will, muss mehr Daten erfassen. Nur so ist ein Rückschluss auf den Status der Produktion und eine vorausschauende Produktion und Instandhaltung möglich. Es sind Einzelinformationen des Bauteils, die vor, während und nach dem Bearbeitungsprozesses erfasst werden und für eine gleichbleibend hohe Prozesssicherheit unerlässlich sind. Durch die detailliertere Steuerung des Prozesses lassen sich Stillstände vermeiden und der Ausschussanteil weiter senken.

Für die Informationsgewinnung sind zunächst grundsätzliche Vorgehensweisen zu prüfen. Dazu gehören die Rationalisierung der Prozesse, Maschinen und Werkzeuge, die Reduktion der Fertigung auf wenige Kernprozesse sowie die Standardisierung auf wenige vollständig bestimmte Fertigungsverfahren. Dabei ist grundsätzlich wichtig, unerwünschte manuelle Einflüsse und umgebungsbedingte Schwankungen zu vermeiden. Aufgrund langjähriger Erfahrung in der eigenen Fertigung folgt der Messtechnik-Spezialist Renishaw den Stufen der Fertigungsprozesspyramide:

Prozessgrundlage

Prozesseinrichtung

In-Prozessregelung sowie

Ergebnisüberwachung.

Zunächst ist es erforderlich, eine stabile Prozessgrundlage zu schaffen. Hierunter ist die Maximierung der Prozess-, Umgebungs- und Maschinenstabilität zu verstehen. Dies ist Basis und Voraussetzung für einen stabilen Bearbeitungsprozess. Ansatzpunkt zur Schaffung einer stabilen Prozessgrundlage sind Kenntnis und Verständnis der Maschinengenauigkeit innerhalb der vorhandenen Umgebungsbedingungen. Regelmäßige Kontrollen der geometrischen Merkmale der Maschine zwischen den Wartungsintervallen sind dabei unerlässlich. Diese Kontrollen kann der Anwender etwa mit einem Kreisformmessgerät selbst vornehmen.

Ist diese Grundlage geschaffen, soll die Prozesseinrichtung durch Erfassung und Korrektur kritischer Fehler nur so weit Schwankungen im Werkstück erlauben, wie von der In-Prozess-Regelung korrigiert werden kann. Es sind dies Strategien auf Basis der automatisierten Werkstück- und Werkzeugmessung, mit deren Hilfe sich unerwünschte manuelle Einflüsse beim Werkzeugwechsel oder beim Erfassen der Werkstücklage eliminieren und die Fertigungsgenauigkeit steigern lassen.

Je nach Losgröße korrigiert die In-Prozess-Regelung die Schwankungen, die während der Ausführung des Bearbeitungsprogramms auftreten können. Dies sind beispielsweise Werkzeugverschleiß oder Temperaturschwankungen. Die In-Prozess-Regelung schafft damit die besten Voraussetzungen für eine hohe Prozessstabilität. Hier werden wichtige Strategien auf Basis der Werkstücktaster und Werkzeugmesssysteme, die bereits in der Prozesseinrichtung verwendet wurden, eingesetzt.

Zur Prüfung wird das zu bearbeitende Werkstück innerhalb oder außerhalb der Maschine mit rückführbaren, von der Fertigungseinrichtung unabhängigen Artefakten verglichen. Dabei werden generische Artefakte mit einer Zusammenstellung von Standard-Merkmalen wie Kugeln, Ringe oder Längennormale verwendet. Damit sind gesicherte Fertigungstoleranzen von 20 µm (Cpk 1,6) zu erreichen.

Um die Fertigungsgenauigkeit noch weiter zu steigern, werden zuvor auf der Koordinatenmessmaschine gemessene Werkstückreplika (sogenannte Meisterstücke) eingesetzt. Damit lassen sich gesicherte Fertigungstoleranzen von 10 µm (Cpk 1,6) erzielen. Der Vorteil von Werkstückreplika ist die Temperaturkompensation, die quasi gleich mitgeliefert wird, da die geometrischen Merkmale des Prüfteils und des Vergleichsnormals in der identischen Umgebungstemperatur erfasst werden.

Je nach Strategie erfolgt eine finale Ergebnisüberwachung, die je nach Anforderung in Stichproben erfolgen kann. Immer mehr Auftraggeber wollen sich jedoch ihrerseits absichern und verlangen eine hundertprozentige Überprüfung aller Teile. Dabei sind die Grenzen zwischen Post-Prozess-Regelung und Post-Prozess-Messung fließend – je nachdem, in welchem Maße gewonnene Ergebnisse und Erkenntnisse in nachfolgende Prozesse einfließen.

Renishaw bietet dazu zwei unterschiedliche Ansätze. Zur Ergebnisüberwachung direkt in der Fertigung dient das neue Prüfsystem Equator 300. Dieses System verbindet die Vorteile der fertigungsnahen Prüfung wie bei teilebezogenen Lehren mit der Flexibilität und Dokumentationsfähigkeit eines Koordinatenmessgeräts.

Ein weiterer Ansatz ist die Nachrüstung bestehender taktiler Koordinatenmessmaschinen mit der 5-Achsen-Technik Revo. Dabei handelt es sich um einen stufenlos verstellbaren Dreh- und Schwenkkopf, der simultan mit den Achsen der Koordinatenmessmaschine angesteuert werden kann. Die sich daraus ergebenden neuen Messstrategien erhöhen den Messdurchsatz erheblich: Für das Vermessen eines Zylinderblocks benötigt eine Koordinatenmessmaschine mit dem Dreh- und Schwenkkopf Revo statt 30 min nur noch 7 min – und dies bei gleichbleibender Genauigkeit. Hieraus ergeben sich neue Potenziale, um den Messraum noch näher an den Produktionstakt zu bringen. ■

Dr. Jan Linnenbürger

Leiter Messtechnik

Renishaw

Renishaw ist ein weltweit operierendes Unternehmen, dessen Kernkompetenzen in den Bereichen Messtechnik, Motion Control, Spektroskopie und Präzisionsbearbeitung liegen. Darüber hinaus gehört das Unternehmen zu den führenden Anbietern von Maschinen und Services für die additive Fertigung. Renishaw mit Hauptsitz in New Mills/Großbritannien beschäftigt rund 4000 Mitarbeiter in weltweit 33 Ländern.