Interview mit Dr. Ralf Christoph, Geschäftsführender Gesellschafter Werth

„CT und Multisensorik sind die Zukunft“

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Das Schlagwort Industrie 4.0 mag er nicht besonders. Doch Werth-Chef Dr. Ralf Christoph sieht großes Potenzial in der Digitalisierung für die Messtechnik. Dies beginnt bei der Nutzung von Product Manufacturing Information (PMI) und führt über die breite Einführung von Vielpunktmessungen mit modernen Sensoren zu vollautomatisch geregelten Fertigungsprozessen.

Was sind aus Ihrer Sicht aktuell die Trends in der Messtechnik? Wo drückt den Kunden der Schuh?

Dr. Ralf Christoph: Den Anwendern geht es in der Fertigungsmesstechnik eigentlich immer darum, die Geometrie von Werkstücken möglichst präzise, möglichst schnell und möglichst vollständig zu erfassen. Das war noch nie anders. Doch die Ansprüche hinsichtlich aller drei Kriterien steigen natürlich kontinuierlich an. Früher genügte es zum Beispiel, an einem Werkstück drei Merkmale zu messen – heute will man das komplette Objekt messen. Hierbei spielen Multisensorik und Computertomographie ihre Karten aus. Wegbereiter für die Entwicklung ist letztlich auch die Rechenleistung der Computer. Neue Bildverarbeitungstechniken wie zum Beispiel unser Rasterscanning HD, die Überlagerung vieler während der Bewegung des Werkstücks mit hoher Frequenz aufgenommener Bilder, oder die On-The-Fly-CT, werden hierdurch erst ermöglicht.

Wir beobachten, dass die Messtechnik zunehmend in die Fertigung wandert. Vor diesem Hintergrund wird auch diskutiert, ob der Messraum in Zukunft ganz verschwinden wird. Was ist Ihre Einschätzung?

Dr. Christoph: Auch das ist keine neue Entwicklung, weil es Messräume nicht erst seit gestern in der Produktion gibt, um fertigungsbegleitend zu messen. Sicher werden heute viele unserer Messgeräte zur Fertigungsüberwachung eingesetzt, insbesondere um manuelle Prüfprozesse zu ersetzen. Jedoch sehe ich nicht, dass wir morgen nur noch in der Fertigung oder sogar nur in der Linie messen. Der Messraum mit konstanter Temperatur ist für bestimmte Anforderungen an die Messunsicherheit einfach notwendig.

Welche Relevanz hat für Sie Industrie 4.0?

Dr. Christoph: Das ist ein Schlagwort, das nach meiner Beobachtung allmählich wieder seltener zu lesen ist. Es geht hier doch letztlich um nichts anderes als die Integration von Prozessen über Netzwerkverbindungen, natürlich unter Einschluss der Messtechnik. Ein Beispiel, das im Zuge von Industrie 4.0 in den Blickpunkt rückt, dessen Anfänge aber bei Werth schon 30 Jahre zurückreichen, ist die Nutzung von PMI-Daten. PMI, also Product Manufacturing Information, steht für die Integration von Produkt-Fertigungsinformationen, zum Beispiel von Maßen und zugehörigen Toleranzen, in die 3D-CAD-Datensätze. Diese kann man in der Koordinatenmesstechnik nutzen, um auf der Grundlage des 3D-Modells den Messablauf zu generieren. Anwender können auch bei unseren Koordinatenmessgeräten CAD-Daten mit PMI in die Winwerth Software laden, um einfacher Messprogramme zu erstellen. In der Messtechnik-Praxis hat diese Funktion jedoch leider noch wenig Relevanz.

Woran liegt es, dass PMI noch nicht genutzt wird?

Dr. Christoph: Die CAD-Daten mit PMI müssen ja irgendwo herkommen. Das heißt, die Konstruktionsabteilung muss die Bemaßung und Tolerierung im 3D-Modell vornehmen. Die konventionelle und derzeit noch verbreitete Methode hierfür ist jedoch die Erzeugung von 2D-Zeichnungsableitungen. Außerdem ist die Berücksichtigung der messtechnischen Randbedingungen wichtig. Das heißt, dass zum Beispiel ein Bezugskoordinatensystem definiert werden muss – das ist für viele Konstrukteure nicht selbstverständlich. Viele Unternehmen, die sich mit der Nutzung von PMI befassen, stoßen auf erhebliche Schwierigkeiten, hierfür in ihren Konstruktionsabteilungen Akzeptanz zu finden. Konsequente Weiterbildung ist hier der einzige erfolgversprechende Weg.

Die Simulation von Messprozessen ist auch ein Thema, das in den Industrie-4.0-Kontext gehört. Inwiefern wird Simulation heute von den Anwendern genutzt?

Dr. Christoph: Wir sprechen mit Kunden darüber, aber in der Breite ist die Simulation noch nicht angekommen. Ich halte das für ein sehr interessantes Thema, mit dem wir uns zum Beispiel in der Computertomographie befassen, um Artefakte und hieraus resultierende Messabweichungen zu korrigieren. Wir simulieren die Tomographie – und zwar mit und ohne Artefakte. Aus den Ergebnissen bestimmen wir die zu erwartenden Abweichungen. Diese werden dann vom Messergebnis abgezogen, um ein korrigiertes Messergebnis zu erzielen und die Genauigkeit zu steigern. Simulation kann man auch zur Messunsicherheitsabschätzung einsetzen.

Was hat es mit der Messunsicherheitsabschätzung auf sich?

Dr. Christoph: Dafür wurde das Virtuelle Koordinatenmessgerät (VCMM) von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt PTB entwickelt, das schon 2002 in der ersten Version vorgestellt wurde. Bislang ermöglicht es die Angabe der Messunsicherheit bei der taktilen Ermittlung von Maß, Form und Lage bei Einzelpunktmessungen. Aktuell wird das VCMM für die Anwendung von Scanning-Verfahren weiterentwickelt. Das Verfahren kann auch in akkreditierten Kalibrierlaboratorien zur Messunsicherheitsbestimmung eingesetzt werden.

Apropos Aufwand: Wie wichtig ist es für Werth, die Messgeräte beziehungsweise die Software benutzerfreundlicher zu gestalten?

Dr. Christoph: Die Anforderungen an die Bedienerfreundlichkeit steigen definitiv und deshalb legen wir hierauf auch einen wesentlichen Entwicklungsschwerpunkt für die Softwareentwicklung. CAD-Unterstützung kann die Aufwände reduzieren. Die Bedienung der Geräte wird intuitiver. Außerdem nehmen wir dem Mitarbeiter heute schon viele Einstellungen ab, indem wir zu einem gewissen Grad Expertenwissen in der Software hinterlegen. Im Falle der CT ermöglicht die Technik selbst einfaches Messen, da die Vielfalt der einzustellenden Parameter geringer als bei anderen Sensoren ist. Der Anwender kann sich im Wesentlichen auf das Auswerten von Punktewolken konzentrieren. Allerdings können wir dem Bediener auch in Zukunft nicht alles abnehmen. Wenn man nicht weiß, wie man messen muss, nützt einem die beste Software auch nichts. Qualifikation auf einem bestimmten Level ist auch in Zukunft notwendig, um die Arbeit in der Messtechnik erfolgreich zu meistern.

Wenn man das Thema Expertenwissen weiterdreht, landen wir bei der Künstlichen Intelligenz. Ist das ein Thema, mit dem Sie sich befassen?

Dr. Christoph: Die Messtechnik lebt heute an vielen Stellen sehr stark von Expertenwissen der Anwender. Messstrategien und andere Dinge stehen nicht a priori auf der Zeichnung, die stehen auch nicht a priori im Messgerät. Deshalb kann ich mir schon vorstellen, dass das Thema Künstliche Intelligenz (KI) schneller wirksam wird, als man sich das vielleicht ursprünglich gedacht hat. KI kann sicher helfen, bestimmte Aufgaben zu übernehmen, die heute noch die Mitarbeiter erledigen müssen. Doch die Herausforderung dabei wird sein, dass die Menschen noch die Kontrolle über die Prozesse behalten. KI-Verfahren leben ja schließlich davon, dass man sie nicht bis ins Detail kontrolliert. Dies ist in der Messtechnik, in der wir es gewohnt sind, keine vorschnellen Schlüsse aus Daten zu ziehen, ein heikles Thema, das wir so schnell nicht lösen werden.

Heißt das, Sie sehen KI im Moment als noch nicht relevant an für die Messtechnik?

Dr. Christoph: Nein, ganz und gar nicht. Ich denke aber, dass KI im ersten Schritt auf bestimmte Teilprozesse in der Messtechnik beschränkt sein wird. Es muss sich um eine fest definierte Umgebung handeln, die der Mensch unter Kontrolle hat. Sehr interessant finde ich aktuell die Möglichkeiten des Deep Learning, also die Verknüpfung von neuronalen Netzen mit großen Datenmengen, aus denen der Computer selbständig lernt. Dies ist eine neue Qualität von KI – und für uns ein Trigger, um sich damit zu befassen.

Inwiefern trägt denn Multisensorik dazu bei, die Aufwände beim Messen zu reduzieren? Erhöht Multisensorik nicht erst einmal die Komplexität?

Dr. Christoph: Multisensorik macht die Messtechnik einerseits komplexer, andererseits aber auch einfacher. Es ist sicher schwieriger, mehrere Sensoren in einem Gerät zu verstehen und zu wissen, wann man welchen Sensor anwenden muss. Zum anderen, und das ist neben der hohen Flexibilität nur ein weiterer Vorteil, kann man ein Werkstück auf einem Gerät ohne Umspannen mit mehreren Sensoren messen. Oft kann man statt eines taktilen Sensors, bei dem ein relativ hohes Kollisionsrisiko besteht, einen berührungslosen Bildverarbeitungssensor nutzen. Natürlich gibt es auch Messaufgaben, die nur mit einer hohen Anzahl verschiedener Sensoren gelöst werden können. Die etwas kompliziertere Bedienung steht dann dem größeren Übel nicht messen zu können gegenüber.

Wie unterstützen Sie hier die Anwender?

Dr. Christoph: Für uns als Hersteller ist hier die Aufgabe, dem Anwender möglichst viel Bedienkomfort zu bieten. Wir verfolgen auch die Strategie, verschiedene Sensorprinzipien in einem kompakten Sensor zu vereinen. So kombinieren wir beispielsweise schon seit Längerem einen Laserabstandssensor mit Bildverarbeitung und Zoomoptik. Das hat noch mehr Vorteile: Man hat keinen Abstand zwischen den Sensoren, der Messbereich wird dadurch nicht künstlich eingeschränkt. Auch werden die Auswirkungen von Temperatureffekten auf die Position der Sensoren relativ zueinander – und somit die Messunsicherheit – geringer.

Wie wichtig ist es für Sie, eigene Sensoren zu entwickeln?

Dr. Christoph: Wir müssen nicht alles selbst entwickeln. Konventionelle Taster kaufen wir beispielsweise von Renishaw zu. Andere Sensoren wie etwa Optiken oder unseren Fasertaster entwickeln wir hingegen selbst, weil darin ein Teil unseres Kern-Know-how steckt. Solche Sensoren fertigen wir auch selbst – auch wenn sie patentiert sind. Patente laufen schließlich irgendwann aus. Dann ist es gut, wenn man sehr gut weiß, wie die Sensoren perfekt hergestellt werden.

Werth hat ja auch den Einsatz der Computertomographie in der Messtechnik vorangetrieben. Welche Felder wird diese in Zukunft erobern?

Dr. Christoph: Spritzgießen und additive Fertigung sind zwei Bereiche, in denen intensiv CT eingesetzt werden wird. Ein Unternehmen, das Werkzeuge für das Spritzgießen herstellt, kann meines Erachtens in Zukunft ohne CT nicht mehr wettbewerbsfähig sein. Wir ermöglichen mit dem CT beispielsweise eine Korrektur des Werkzeugs, indem wir in die Messsoftware eine Funktion integriert haben, mit der anhand des gemessenen Musterwerkstücks nahezu automatisch ein neues, korrigiertes CAD-Modell des Werkstücks oder Werkzeugs erstellt werden kann. Viele andere Anwendungsfelder, wie die Fertigungsüberwachung von Aluminiumwerkstücken und das mikrometergenaue Messen von Kfz-Eispritzdüsen oder Medizintechnik-Werkstücken wie Stents, sind mittlerweile für die CT erschlossen worden.

Und welches Potenzial sehen Sie für die additive Fertigung?

Dr. Christoph: Additive Fertigungsverfahren und Computertomographien haben interessanterweise eine Gemeinsamkeit: Beide sind dafür prädestiniert, komplexe Geometrien zu erzeugen beziehungsweise zu messen – also beispielsweise innenliegende Strukturen, Hinterschnitte und schwer oder gar nicht erreichbare Strukturen. Allerdings entwickelt sich dieser Bereich erst. Sobald sich die additive Fertigung auf großer Breite durchsetzt, wird die CT als passende Messtechnik sicher davon profitieren.

Wird sich hinsichtlich Bauteilgröße beim CT noch etwas tun?

Dr. Christoph: Wir konzentrieren uns derzeit eher auf kleinere Werkstücke bis wenige 100 mm Durchmesser, weil wir dafür den größeren Markt sehen. Nach dem Erfolg des Tomo Scope XS zu urteilen, das wir im vergangenen Jahr vorgestellt haben, liegen wir mit dieser Einschätzung genau richtig. Wir haben in diesem Fall eine hohe Leistung mit einer kompakten Baugröße und einem vertretbaren finanziellen Aufwand verbunden. CTs für sehr große Werkstücke sind einfach noch zu teuer beziehungsweise befinden sich noch im Entwicklungsstadium. Das Fraunhofer EZRT in Fürth hat beispielsweise ein XXL-CT-System entwickelt, mit dem sich komplette Fahrzeuge erfassen lassen. Technisch sehe ich da kaum Grenzen.

Muss sich preislich etwas bewegen, um CTs attraktiver zu machen für die Kunden?

Dr. Christoph: Ja, ein zentrales Problem hierbei sind die Röntgenkomponenten. Der Markt für die Röntgendetektoren ist stark konsolidiert, da fehlt zurzeit etwas die preisdämpfende Konkurrenzsituation. Durch den Einsatz von Billigkomponenten wie sogenannte geschlossene Röntgenröhren würde die Qualität der Messergebnisse zugunsten des Gerätepreises geopfert. Bei der Röhrentechnik haben wir deshalb selbst die Initiative ergriffen und in Kooperation mit kompetenten Partnern eine spezielle Röhre entwickelt. Hierbei wurde ein guter Kompromiss zwischen technischem Anspruch, der an den von Großgeräten angelehnt ist – also Transmissionsröhren mit kleinem Brennfleck, somit hoher Auflösung sowie relativ hoher Spannung von 160 kV, und einem vertretbaren Preis gefunden. Auch die Wartungseigenschaften haben wir verbessert: Eine konventionelle Transmissionsröhre muss etwa alle drei Monate gewartet werden. Die neu entwickelte Röhre hält normalerweise ein Jahr durch und kann im Rahmen des normalen Kalibrierzyklus‘ des Geräts gewartet werden. Somit sinken auch die laufenden Betriebskosten, bei theoretisch unbegrenzter Lebensdauer.

Vielen Dank für das Gespräch.


Die Autorin

Sabine Koll

Redaktion

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