Reicht die Messgenauigkeit der im Betrieb eingesetzten Systeme zu Koordinatenmessung nicht mehr aus, stellt sich die Frage, wie sich kostengünstig neue Technologie ins Unternehmen holen lässt. Die Beschaffung eines Koordiantenmessgeräts (KMG) mit aktuellen Technologien verursacht hohe Investitionskosten. Das Retrofit eines bestehenden Systems kann sich dann als wirtschaftliche und rasch zu verwirklichende Alternative erweisen

Die rasch voranschreitende technische Entwicklung zeigt sich besonders deutlich bei der Ausstattung messtechnischer Einrichtungen. Innerhalb weniger Jahre entsprechen beispielsweise Koordinatenmessgeräte (KMG) nicht mehr dem Stand der Technik. Dies zeigt sich vor allem in einer für heutige Forderungen unzureichenden Genauigkeit. Ursachen dafür lassen sich in veralteten Servoantrieben und Wegmesssystemen, verschlissenen Führungselementen, nicht mehr zeitgemäßen Steuerungen und in der Software finden. Beim Lohnfertiger Michal+Braun GmbH in Seligenporten betraf das ein vor mehr als zehn Jahren angeschafftes Koordinatenmessgerät.

Das in 1988 gegründete Unternehmen produziert mit inzwischen über 60 Mitarbeitern für die Fahrzeug- und Luftfahrtindustrie sowie den allgemeinen Maschinenbau. Auf 24 CNC-Fräszentren und sechs CNC-Drehzentren werden Bauteile aus Leichtmetallen sowie niedrig bis hochlegierten Stählen als Einzelstücke und in kleinen Serien gefertigt. Dazu gehören beispielsweise Stützen und Gelenke für Flugzeugfahrwerke, aber auch Grundplatten und Gehäuse für Druck- und Verpackungsmaschinen. Darüber hinaus konstruieren und produzieren die Seligenportener komplette Stanz- und Umformwerkzeuge sowie Automatisierungseinrichtungen. Ebenso steht ihnen eine Lasersintermaschine zur Verfügung.

In der fertigungsnahen Qualitätssicherung hatte sich das Koordinatenmessgerät mehr als zehn Jahre bewährt. Jüngst traten allerdings immer wieder Mängel zutage. Das für die Freigabe von Prototypen und Umformwerkzeugen oder für statistische Kontrollen bei kleineren Serien genutzte Koordinatenmessgerät lieferte zunehmend unzuverlässige Messdaten. Bei speziellen Kontrollmessungen an sogenannten Mastern streuten die Messwerte deutlich. Schließlich ergaben sich Abweichungen bis zu 20 µm pro Meter Arbeitsbereich. Auch die Wiederholgenauigkeit der zu messenden Elemente streute zu stark, so dass eine genaue Aussage über Durchmesser- und Lagetoleranzen nicht mehr gewährleistet war.

Anhand dieser Diagnose sollte zunächst der ursprüngliche Hersteller eine Instandsetzung und generelle technische Überholung des KMGs ausführen. Als Alternative prüfte das Unternehmen die Beschaffung eines KMGs mit aktueller Ausrüstung in Mechanik, Steuerungstechnik und Software. Allerdings hätten die dafür erforderlichen Investitionen das zur Verfügung stehende Budget überschritten.

Wirtschaftlicher Retrofit

In dieser Situation bot der Vorschlag von Renishaw zum Retrofit des KMGs eine interesante Alternative. Die Messtechnikspezialisten aus Pliezhausen schlugen vor, in einer koordinierten Instandsetzung am KMG die Antriebs- und Steuerungstechnik, die Software sowie die Luftlager auszutauschen. Wesentlicher Vorteil für den Anwender sind die gegenüber einer Neuinvestition wesentlich niedrigeren Kosten. Bei Michal+Braun betrugen sie nur etwas mehr als ein Drittel der ansonsten für die Beschaffung eines neuen KMGs kalkulierten Kosten.

Nach sorgfältiger Diagnose und Prüfung beschaffte Renishaw zunächst die auf die individuelle Konstruktion abgestimmten Führungs- und Antriebselemente. Innerhalb einer Woche hat dann ein Team Messtechniker aus Pliezhausen beim Anwender in Seligenporten das KMG komplett instandgesetzt. Dabei tauschten sie die Luftlager sowie die Servoantriebe mit Rollenumlaufspindeln komplett aus. Da starke Schwingungen aus der benachbarten Fertigungshalle die Messabläufe immer wieder gestört hatten, installierten sie zusätzlich hochwertige Dämpfungselemente in den Stützen unter der Grundplatte. Als erwünschten Nebeneffekt hoben sie damit den Messtisch auf eine ergonomisch günstige Höhe.

Flexibler durch Positionieren in fünf Achsen

Zum Aufnehmen der Messkoordinaten wählten die Qualitätsprüfer bei Michal+Braun den hochgenau motorisch schwenkenden Messkopf PH20 mit dem modularen, in fünf Richtungen schaltenden Messtaster TP20. Das ermöglicht ein fünfachsiges Anfahren von Messpositionen. Wegen der fünfachsigen Bewegungen kann das KMG jetzt an einem aufgelegten Bauteil nahezu jede denkbare Geometrie messen.

Zeit- und arbeitsaufwendiges Um- und Aufspannen auf komplizierten und kostenintensiven Vorrichtungen, die eventuell sogar das Schwenken der Werkstücke ermöglichen müssen, können völlig entfallen. So ist auch das Messen von Durchmessern, Rundheit und Zylindrizität in schrägen Bohrungen in jede räumliche Richtung problemlos möglich. Der Messkopf schwenkt den Taster in den entsprechenden Winkel. Anschließend kann die Messmaschine in die Bohrung hineinfahren und die benötigten Messpunkte aufnehmen.

Zu einer hohen Flexibilität beim Messen trägt der automatische Wechsel von bis zu sechs unterschiedlichen Tastermodulen aus dem Magazin MCR20 bei. So können unterschiedliche Bauteilgeometrien mit jeweils optimalen geeigneten Tastereinsätzen und -verlängerungen in einem automatischen Messablauf angetastet und erfasst werden. Durch diese Besonderheiten der 5-Achsen-Technologie und die erhöhte Flexibilität der TP20 / MCR 20 Tastersysteme konnte der Durchsatz um ein Mehrfaches gesteigert werden.

Software mit 3D-CAD-Funktionalität

Die ursprüngliche Steuerung wurde gegen seine universelle KMG-Steuerung UCC2 ausgetauscht. Auf ihm arbeiten die Qualitätsprüfer inzwischen mit der aktuellen Programmier- und Mess-Software „Modus“. Mit ihr können CAD-gestützt offline Messprogramme generiert werden. Über Schnittstellen kann sie 3D-CAD-Daten für Werkstücke aus Konstruktions-Software, wie Catia, Siemens NX, ProE und Solidworks, übernehmen.

Anhand grafischer, animierter Simulationen, auch fünfachsiger Bewegungen, kann der Programmierer die Messprogramme auf Kollisionen prüfen. Mit ihren zertifizierten Algorithmen beim Aufnehmen der Messpositionen liefert sie nach Q-DAS anerkannte Messprotokolle. Zudem können Protokolle und Dokumentationen individuell gestaltet werden.

Für besonderen Komfort nutzen die Qualitätsprüfer bei Michal+Braun zwei parallele Bildschirme. Einer zeigt programmierte Parameter und NC-Programmzeilen, der andere 3D-CAD-Grafiken der zu messenden Bauteile mit den darauf farblich hervorgehobenen Messpositionen. Die Software „Modus“ ermöglicht diese zweigeteilte Darstellung auch auf einem Bildschirm.

Nach der Komplett-Revision durch die Spezialisten von Renishaw hält das KMG zuverlässig Genauigkeiten im Bereich 2 µm über den gesamten Arbeitsbereich ein. Messungen zum Kalibrieren anhand von Messnormalen nach der Inbetriebnahme haben die Genauigkeit belegt. Auf Wunsch kann Renishaw solche Messungen in wählbaren Intervallen, üblich jährlich, wiederholen. Damit ist gewährleistet, dass die Messdaten jederzeit auf Messnormale rückführbar sind. Der Anwender kann also auf die Zuverlässigkeit und Genauigkeit seines KMGs vertrauen.