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Schneller durch Automatisierung

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Die Qualitätssicherung wandert zunehmend an und in die Fertigungslinie. Mehr messen, schneller messen – das ist gewünscht. Ohne Automatisierung sind diese Anforderungen nur schwer zu realisieren. Vor allem dann nicht, wenn Messergebnisse im Sinne eines Closed Loop zur Verbesserung der Produktionsprozesse herangezogen werden sollen.

„Weltweit gesehen ist die Automatisierung in der Qualitätskontrolle derzeit eine der am schnellsten wachsenden Sektoren in der Messtechnik“, sagt Jérôme-Alexandre Lavoie, Produktmanager bei Creaform. Dies bestätigt Dr. Stefan Scherer, Geschäftsführer von Bruker Alicona: „Die Automatisierung ist aus der Qualitätssicherung nicht mehr wegzudenken. Schlagworte wie Industrie 4.0 oder Smart Manufacturing sind längst keine Schubladenkonzepte mehr, sondern gelebte Realität.“ Ging es laut Scherer in den Anfängen der Automatisierung darum, in erster Linie automatisiert vordefinierte Messprogramme zu messen, sprechen wir heute vor allem von vernetzter Qualitätssicherung und Systemen, die miteinander kommunizieren. „Messtechnik zum Beispiel ist keine isolierte und von der Produktion entkoppelte Insellösung in einem Messraum, sondern integraler Bestandteil der Fertigung“, so Scherer. „Technisch ist in diesem Bereich schon sehr viel möglich“, sagt auch Pascal Kohl, im technischen Vertrieb beim Göppinger Messdienstleister Topometric tätig. „Umgesetzt wird aktuell allerdings überwiegend die Teilautomatisierung von Anlagen.“

Moderne Automatisierungslösungen in der Mess- und Prüftechnik haben nach Meinung von Experten mehrere Vorteile: „Sie sorgen neben einer deutlich höheren Wirtschaftlichkeit vor allem für gesteigerte Prozesssicherheit. Die Minimierung von manuellen Prozessschritten senkt die Stückkosten, erhöht den Durchsatz und minimiert Bedienfehler auf ein Minimum“, erklärt Dr. Ralf Bindel, Leiter der Business Unit Automated & Robotic Solutions bei Zeiss. „Der Mangel an qualifizierten Technikern, der Wunsch nach mehr Informationen und der Flaschenhals, der mit herkömmlichen Koordinatenmessgeräten erzeugt wird, schaffen eine natürliche Bewegung der Industrie in Richtung automatisierte Qualitätskontrolle“, so Scherer.

Benjamin Jobst, Standortleiter Regensburg beim Automatisierungsspezialisten Heitec, weiß: „Mit automatischen oder halbautomatischen Prüfgeräten bekommen Anwender stets reproduzierbare Prüfergebnisse und können somit auf Fertigungsschwächen schließen. Dies sichert die Produktion gegenüber ungerechtfertigten Gewährleistungsansprüchen ab und erhöht die Fertigungsqualität der produzierten Produkte.“

Die Automobilindustrie zählt einmal mehr zu den Vorreitern. Speziell für Messaufgaben in und an der Linie im Karosseriebereich gibt es seit einigen Jahren mehr oder weniger standardisierte vollautomatisierte Messzellen, die integriert aus Hardware und Messsoftware bestehen. GOM – das Braunschweiger Unternehmen wird aktuelle von Zeiss übernommen – machte seinerzeit den Anfang mit der Atos Scanbox, die mittlerweile in neun Varianten für unterschiedliche Bauteilgrößen und Anwendungen zur Verfügung steht. Sie alle lassen sich mit dem Zusatzmodul „Virtueller Messraum“ aufrüsten, mit dem sich alle Roboterbewegungen vor der Ausführung simulieren und auf Sicherheit prüfen lassen.

Zeiss zog 2015 mit der Aibox nach, in deren Zentrum ein robotergeführtes optisches 3D-Messsystem steht. „Die Aibox bringt die rückführbare Koordinaten-Messtechnik in die Produktion. Der Weg zum Messplatz wird deutlich verkürzt. Ergebnisse sind somit deutlich schneller verfügbar und damit können Prozesse schneller angepasst werden“, betont Zeiss-Manager Bindel. Doch eine standardisierte Automationslösung passt nicht für alle Anwendungsfälle. Daher geht die Entwicklung hin zu flexiblen Lösungen.

So verfügt die seit anderthalb Jahren erhältliche Aibox Flex von Zeiss über eine zusätzlich siebte Achse. Eine Box im eigentlichen Sinne ist sie allerdings nicht, denn sie ist nicht in einer Kabine eingehaust. Vielmehr lässt sie sich durch einen modularen Aufbau an die Wünsche des Kunden anpassen. So können beispielsweise die Beladungssysteme in die Box fahren. Auch die Größe der Anlage kann bestimmt werden – eine Voraussetzung, um beispielsweise die kompletten Seitenteile von Karosserien fertigungsnah zu scannen. Ebenfalls wählbar ist die Anzahl der verfügbaren Messplätze, denn der Messroboter bewegt sich auf einer Schiene. Die Entwicklung geht noch weiter. So verrät Zeiss-Manager Bindel: „Auf der diesjährigen Control werden wir eine neue Messzelle für den Einsatz außerhalb des Karosseriebaus vorstellen.“

„Die deutschen OEMs haben die Entwicklung der Systeme und Anlagen stark vorangetrieben“, stellt Topometric-Experte Kohl fest. „Heute ergeben sich bereits deutliche Vorteile für Anwender aus anderen Bereichen, die von den Erfahrungen und Entwicklungen profitieren können. So werden die Anlagen immer breiter einsetzbar, die Wartungszeiten sinken und der Bedienkomfort wird immer besser sowie leichter.“

Ein aktuelles Beispiel für die Automatisierung der Computertomografie liefert Heitec: Der Automatisierungsspezialist hat BMW und das Fraunhofer-Entwicklungszentrum Röntgentechnik EZRT dabei unterstützt, ein neues Riesen-CT in einem Bleibunker mit der Größe von 7 x 9 x 4,5 m zu entwickeln, mit dem Fahrzeuge bereits in frühen Entwicklungsphasen komplett gescannt werden können. Die Scans werden von vier koordinierten Robotern durchgeführt, die auf zwei externen Linearachsen verfahren.

Doch nicht nur die deutschen Messtechnikhersteller haben automatisierte Messzellen auf dem Radar: Auch Hexagon bietet mit 360° SIMS – die Abkürzung steht für Smart Inline Measurement System – schon lange eine flexible Lösung für die vollautomatisierte Prozess- und Qualitätskontrolle im Automobilbau an, die eine Vielzahl unterschiedlicher Zellenkonfigurationen für die robotergestützte 3D-Messung und Prozesskontrolle ermöglichen. Diese Messlösungen umfassen standardisierte Industrieroboter als flexible Plattformen zur Sensorpositionierung, Weißlichtsensoren zur Flächenmessung, Messsoftware, die Integration in Automatisierungsvorrichtungen, Linienautomatisierung und Anlagensteuerung sowie Tools für große Datensätze, farbcodierte Darstellungen und individuelle Erstellung von Messprotokollen.

Messzellen-Installation beim Kunden
innerhalb von drei Tagen

Auch Creaform hat 2018 auf der Control mit dem Cube-R eine schlüsselfertige Turnkey-Messzelle vorgestellt, die keine Integration erfordert. Diese misst Teile von bis zu 3 m Länge und kann innerhalb von drei Tagen beim Kunden installiert werden. Da es sich um eine automatisierte Lösung handelt, erfolgt der gesamte Kalibrierungsprozess ebenfalls vollautomatisch. Für einen weiteren Produktivitätsschub sorgt die Kombination von Cube-R mit der sogenannte Productivity Station. Lavoie: „Das heißt, ein Teil kann gescannt werden, während das Netz bearbeitet und das vorherige geprüft wird. Somit haben Roboter und Scanner keine Stillstandszeiten haben.“

Das große Ziel der Branche ist allerdings die Inline-Messtechnik, die für geschlossene Regelkreise (Closed Loop) sorgt. „Herzstück von Closed Loop ist die Integration der Messtechnik in die Fertigung inklusive Kommunikation und Vernetzung aller beteiligten Systeme“, erklärt Bruker-Alicona-Geschäftsführer Scherer. „Produktionssysteme, Maschinen und Messtechnik bilden einen geschlossenen Kreislauf, wodurch ein Erstteil sofort als Gutteil produziert wird. Die eingebundene Messtechnik verifiziert in einem sehr frühen Fertigungsstadium Dimensionen, Toleranzen und Oberflächengüte. Erkennt der Messsensor, dass ein Bauteil fehlerhaft ist, wird diese Information in den Produktionskreislauf eingespeist, und selbiger adaptiert.“

„Das neue Konzept des Closed Loop beinhaltet eine bessere oder direkte Kommunikation zwischen Qualitätskontroll- und Fertigungsteams oder –maschinen“, bestätigt Creaform-Produktmanager Lavoie. Doch sind sich die Experten uneins, wie weit dieses Konzept heute schon greift: „Unsere Automatisierungslösungen basieren seit mehreren Jahren auf dem Closed-Loop-Konzept“, so Scherer. Stark nachgefragt für die Umsetzung dieses Konzepts sei bei Alicona Bruker die Cobot-Serie, die Kombination von optischer 3D-Messtechnik und kollaborativer Robotik.

Auch Zeiss-Manager Binder berichtet von vielen spezifischen Lösungen, die am Markt funktionieren: „So können durch die Kombination von der MES-Software Zeiss Guardus mit den Zeiss-Messsystemen eine homogene Datenbasis von Produkt- und Prozessdaten erzeugt werden, die das Fundament automatisierter Steuerungsverfahren, lernender Systeme – Predictive Quality – sowie autonomer Prüfmethoden in der Qualität 4.0 bildet.“ ■


Die Autorin

Sabine Koll

Redaktion

Quality Engineering


Video

Wie die Aibox Flex von Zeiss funktioniert, zeigt dieses Video.


Video

Hier sehen Sie, wie die 360°-Zelle von Hexagon funktioniert.


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