Flexibilität nach Maß

Mess- u. Prüftechnik

Qualitätssicherung – Die Fertigung von Flugzeugtriebwerken erfordert höchste Präzision. Bei einem US-Unternehmen erspart ein flexibel programmierbares Messsystem die teure Entwicklung zweckgebundener, festinstallierter Messvorrichtungen.

17. Juni 2011

Ein Industriebereich mit besonders hohen Anforderungen an die Qualität der verwendeten Bauteile ist die Luftfahrtindustrie. Die Zulieferer dieser Branche betreiben deshalb eine intensive Prozesskontrolle und optimieren permanent ihr Qualitätsmanagement. In besonderem Maße betrifft dies die Hersteller von sicherheitsrelevanten Teilen wie beispielsweise den US-amerikanischen Triebwerkskomponenten-Hersteller Meyer Tool mit Sitz in Cincinnati/Ohio. Das Unternehmen mit mehr als 1.000 Mitarbeitern ist ein führender Hersteller von Bauteilen für den Hochtemperaturbereich in Flugzeugtriebwerken. Die fast 500 Bohrerodiermaschinen des Unternehmens bohren täglich über 1,75 Millionen Löcher in Bauteile aus speziellen Stahllegierungen auf Nickel- und Cobaltbasis. Da eine fehlerhafte Bohrung zum Ausfall der Turbinenschaufeln führen kann, wird Qualität bei Meyer Tool großgeschrieben. Das Unternehmen beschäftigt deshalb ungefähr 15 Qualitätstechniker, acht intensiv geschulte Experten sowie ein Team aus fünf Mitarbeitern für die statistische Prozessregelung (SPC).

Die Werkstücke müssen Toleranzen zwischen ±0,025 bis ±0,076 Millimeter erfüllen. Bei dimensionalen Messungen im Prozess verlässt sich das Unternehmen deshalb grundsätzlich auf fertigungszellenbasierte, taktile Messvorrichtungen, die Einzelpunktmessungen unter Verwendung pneumatischer Digitaltaster durchführen. Solche zweckgebundenen, festen Messvorrichtungen in einer Fertigungszelle liefern zwar sehr schnell Rückmeldungen, sind jedoch sehr teuer: So erfordert die Herstellung einer kompletten Düsenlehre sechs bis zehn Spannmittel mit jeweils sechs bis zwanzig Messtastern. Allein die Entwicklung der Teilestruktur könne dabei 6.000 US-Dollar kosten, dazu kämen weitere 500 US-Dollar pro Taster, erläutert Beau Easton, Qualitätsmanager des Unternehmens, und ergänzt: »Im gesamten Prozess können noch weitere Kosten in Höhe von 3.000 bis 10.000 US-Dollar durch Konstruktionsänderungen für die erneute Konfiguration und Qualifizierung einer vorhandenen Messvorrichtung anfallen.«

Bei deutlich mehr als 100 installierten festen Messvorrichtungen in den Werken von Meyer Tool bietet eine Optimierung der Messtechnik deshalb ein hohes Einsparpotenzial. Easton und SPC-Manager Bridget Nolan, deren Team für die Einrichtung, Wartung und Programmierung der Messvorrichtungen, Spannmittel und Geräte des Unternehmens zuständig ist, erkannten daher schnell die Kostenvorteile des flexiblen, softwaregesteuerten Messsystems »Equator«, das der Messtechnikspezialist Renishaw entwickelt hat: Ein solches Messsystem ersetzt bei Meyer Tool drei bis fünf feste Messvorrichtungen in einer Fertigungszelle und kann zudem für mehrere Werkstücke eingesetzt werden. Außerdem lässt sich das Gerät immer wieder für andere Werkstücke neu programmieren.

Schnell und flexibel

Das ungewöhnlich aussehende Messsystem arbeitet mit der bekannten Methode der vergleichenden Referenzierung (»Mastering«) und Messung. Dabei dient ein Masterteil mit bekannten Abmessungen als Referenz, mit der alle anschließenden Messungen verglichen werden. Das System verwendet taktile und scannende Messtaster, Tastereinsätze und Wechselmagazine von Renishaw sowie die Programmiersoftware Modus Equator. Die neuartige Messtechnologie auf Basis einer parallelen Kinematikstruktur gewährleistet dabei höchste Wiederholgenauigkeit. Die Leichtbauweise erlaubt zudem sehr schnelle Bewegungen bei gleichzeitig hoher Steifigkeit.

Einsatz in der Lean Cell

In einer ersten Testphase wird das neue Messsystem derzeit in einem mannarmen Fertigungsprozess eingesetzt. Dazu ist das Gerät im firmeneigenen SPC-System Orion von Meyer Tool integriert, das mit der Equator-Software »Modus« kommuniziert und dem Bediener Ergebnisse in Form von Maßangaben, SPC-Diagrammen usw. liefert, der auf diese Weise die CNC-Bearbeitung optimieren kann. Die Messzeiten je Werkstück liegen zwischen zwei und sechs Minuten und damit deutlich innerhalb der für die Bearbeitungsvorgänge in der Zelle vorgegebenen Taktzeit, sodass das System problemlos in die Fertigungsstrecke integriert werden kann. »Wenn man bedenkt, dass der Maschinenbediener variable Daten erhält und das aktuelle Werkstück mit früheren Messungen vergleichen kann, ist das nicht einfach nur eine Ausschussanalyse«, erklärt SPC-Manager Bridget Nolan.

Beim Einsatz des Messsystems versuchen die Metallbearbeiter, so viele verschiedene Arbeitsgänge wie möglich an einem Spannmittelsatz zu kombinieren, um den Aufwand für die Qualifizierung zu begrenzen. »Wir messen bereits fünf verschiedene Werkstücke für zwei verschiedene Triebwerkseinheiten und haben dazu mehrere Spannmittelsätze für das Equator-Messsystem eingerichtet und qualifiziert«, berichtet Nolan. Derzeit misst das Unternehmen Form- und Lagetoleranzen, Kerben, Lochdurchmesser, Profile, Auslauf und ähnliches mit Messtastern, dazu kommt künftig das taktile Scannen mit dem vielseitigen Renishaw-Messtaster SP25M. Ein Wechselmagazin ermöglicht den Einsatz von mindestens vier unterschiedlichen Tastereinsätzen, ohne bei jedem Wechsel nachkalibrieren zu müssen.

KMG-Standards als Basis

Die Equator-Messungen bei Meyer Tool sind auf Messungen mit einem Koordinatenmessgerät (KMG) abgestimmt, da ein KMG-kalibriertes Masterteil als Referenz dient. Dabei berücksichtigt die Software automatisch die Kompensationswerte aus der Differenz zwischen Soll-und Istwert, die mit dem Koordinatenmessgerät erfasst wurden. Ein erneutes »Re-Mastering« bei jedem Werkstückwechsel ist zwar nicht erforderlich, jedoch hat Meyer Tool beschlossen, zur Kompensation der Temperaturschwankungen im Werk die Master-Teile alle drei Stunden neu zu erfassen. »Das Equator-Messsystem speichert die Masterteile und Auswertungsergebnisse«, sagt Nolan: »Wir können daher in diesem Drei-Stunden-Fenster so oft zwischen Werkstücken wechseln, wie wir wollen, ohne neu kalibrieren zu müssen.«

Während der Testphase habe das Renishaw-System bereits mindestens vier teure Messvorrichtungen in einer neuen Fertigungszelle unnötig gemacht, ergänzt Easton und fügt hinzu: »Wir gehen fest davon aus, dass wir die Kosten für feste Messvorrichtungen mit Equator erheblich senken können.«

Auf einen Blick:

- Das Messsystem »Equator« des US-Messtechnikspezialisten Renishaw kann für mehrere Werkstücke flexibel vorprogrammiert werden. Werkstückänderungen lassen sich in wenigen Minuten im umsetzen.

- Die parallele Kinematik ermöglicht schnelle Bewegungswechsel zwischen Merkmalen.

- Die wiederholgenaue Messtechnologie beruht auf dem Vergleich von Fertigungsteilen mit einem Referenzteil. Schnelles »Re-Mastering« gewährleistet den Ausgleich thermischer Einflüsse.

Erschienen in Ausgabe: 05/2011