Geprüfte Prüfer

Sensoren - Drei Faktoren beeinflussen die Produktion im globalen Umfeld: Produktivität, Kostensenkung und kurze Zykluszeiten. Die Prozesse werden komplexer, die Anforderungen ans Messen und Prüfen steigen. Zwischen Kosten und Anspruch entwickelt sich ein Spannungsfeld.

14. Dezember 2005

Im Spannungsfeld zwischen Produktivität, Kostensenkung und kurzen Zyklungszeiten ist optimale Produktqualität nur gewährleistet, wenn moderne Mess- und Prüftechniken eingesetzt werden. Dies gilt für Produktion und Wareneingang gleichermaßen. Das Ermitteln, Übermitteln und Überwachen von Maßen entwickelt sich zu den Schlüsseltechniken. Die Prüfschritte werden dabei durch die steigende Komplexität der Produkte immer umfangreicher - häufig sind hundertprozentige Tests bei hohen Taktraten erforderlich. Automatische Mess- und Inspektionssysteme treten zunehmend an die Stelle manueller Prüfungen. Wichtig ist, diese Systeme gut in den Produktionsablauf integrieren zu können.

Prüfen von Messgeräten

Kurze Prüfzyklen, kontinuierliche Prüfschärfe, effiziente Rückkopplung zur Steuerung des Fertigungsprozesses sowie eine leichte Rückverfolgbarkeit, Analyse, Visualisierung und Archivierbarkeit der Daten sind weitere Grundlagen für neue Ansätze und Lösungen. Programmable Automation Controller (PAC) sind frei programmierbare Rechner auf PC-Basis, die einer SPS ähneln. Sie nutzen standardisierte Netze und Schnittstellen wie Ethernet, Wireless LAN, USB und FireWire. Die Hardware ist leicht zu rekonfigurieren, die Software modular, skalierbar und für jede Anwendung angepasst. Ziele sind einfache Handhabung, hoher Industrialisierungsgrad und ein wirtschaftlicher Betrieb der Anlage. Messgeräte und Sensoren für elektrische und nichtelektrische Messgrößen laufen dabei zentral über ein automatisches Prüfprogramm, das auch von Mitarbeitern ohne Spezialkenntnisse bedient werden kann. Messdaten können aber für sich genommen nur vordergründig Fehlerquellen aufdecken.

Berührungslose Sensoren

Zur Optimierung von Konzepten und Prozessen sind weitere Details wie Zeitbezüge, Hintergründe, Prozessketten und Logistik mit einzubeziehen. Hierzu etablieren sich Analysemethoden wie Online Analytical Processing (OLAP) und Data-Warehouse-Anwendungen. Der Trend geht zu höheren Abtastraten und verbesserten Messauflösungen. Immer kleinere Bauteile meistern in vielen Fällen auch den Einbau bei wenig Platz. Berührungslose Sensoren kombinieren hohe Messfrequenzen und geringe Baugrößen, arbeiten nahezu verschleißfrei und reagieren kaum auf Umwelteinflüsse und avancieren so zu einem wesentlichen Bestandteil in der automatisierten Fertigung. Beispiele sind induktive und kapazitive Näherungssensoren, Lichttaster, Ultraschall- und Lasersensoren und vor allem flexibel einsetzbare intelligente Vision-Systeme.

Messen bei Automobilen

In der Fertigung und Qualitätssicherung von Automobilen erhalten heute 3D-Koordinatenmessmaschinen immer mehr Gewicht. Moderne Portalsysteme mit Luftführungselementen in sämtlichen Achsen und Führungsbalken aus Naturstein bieten in allen drei Dimensionen einen Messbereich von mehreren Metern. Eine punktuelle Antastung von Werkstückoberflächen mit taktilen Sensoren erreicht dreidimensionale Messunsicherheiten von fünf µm. Funktionen wie die Dreh- und Schwenkbarkeit der Taster sowie unterschiedliche Tastelemente in Verbindung mit automatischen Tasterwechseleinrichtungen ermöglichen eine hohe Flexibilität auch bei der Vermessung komplexer Werkstücke. In Verbindung mit einer softwaregestützten Analyse der erfassten Punktewolken stehen zahlreiche Auswertungen zur Verfügung. Alle in der Fertigungsmesstechnik auftretenden geometrischen Parameter wie Winkel, Abstände, Lagebeziehungen und Formmerkmale werden normgerecht ermittelt. Problematisch bei der taktilen Antastung sind der hohe Zeitbedarf bei der Erfassung von Oberflächen mit zahlreichen Details sowie die Vermessung nachgiebiger oder empfindlicher Werkstücke. Hier bieten neue optische Sensoren eine Alternative. In Verbindung mit Messmaschinen müssen die Systeme aber in Größe und Gewicht mit taktilen Sensoren vergleichbar sein.

Ein zweites Beispiel betrifft die Produktion von Faltschachteln für die Pharmaindustrie. Neue Vorschriften verlangen, wesentliche Informationen in Zukunft auch in Blindenschrift (Braille) auf Medikamentenschachteln zu prägen. Da es sich um kritische Angaben handelt, ist ein exakter Vergleich erforderlich. Es muss überprüft werden, ob die Schrift tatsächlich vollständig vorhanden ist, ob die richtigen Zeichen geprägt wurden und ob die erhabenen Punkte gut lesbar sind. Insbesondere der letzte Aspekt erfordert eine 3D-Analyse, die bis jetzt manuell mit Hilfe von Lehren durchgeführt wurde. Mittlerweile ist ein nach dem Prinzip ›Shade from Shading‹ berührungslos arbeitendes optisches 3D-Messverfahren verfügbar, das die geprägten Punkte mit einer Auflösung von circa 20 µm erfasst.

Prof. Dr. Hartmut Ernst, Dr. Helge Moritz, in-situ

Erschienen in Ausgabe: Wer macht was?/2006