Alle Teile im Takt

Die Formkonformität mechanischer Teile des Antriebsstrangs ist für Funktion, Lebensdauer und Sicherheit des gesamten Fahrzeugs enorm wichtig. Da der Wettbewerbsdruck in der Automobilbranche hoch ist, kann es sich kein Hersteller leisten, dass Fehler unbemerkt bleiben. Die Anforderungen an das Qualitätsmanagement hat das französische Unternehmen Mesure-Systems-3D zum Anlass genommen, um eine anpassungsfähige, robuste Inspektionstechnik zu entwickeln, mit deren Hilfe komplexe Teile auf ihre 3D-Geometrie sowie Form- und Oberflächenfehler hin überprüft werden können.

23. Januar 2017
Kleinste Kratzer in der Oberfläche einer Lagerrolle können zu Vibrationen und Stößen führen, die die Lebensdauer des Lagers erheblich verkürzen. (Bild: Mesure-Systems-3D)
Bild 1: Alle Teile im Takt (Kleinste Kratzer in der Oberfläche einer Lagerrolle können zu Vibrationen und Stößen führen, die die Lebensdauer des Lagers erheblich verkürzen. (Bild: Mesure-Systems-3D))

Die Qualitätskontrolle war lange Zeit das Sorgenkind der Automobilindustrie: Berührende Inline-Prüfverfahren haben den großen Nachteil, dass die Messung der Bewegung zwischen Nullpunkt und Oberfläche des zu prüfenden Teils leicht durch Temperaturschwankungen und Vibrationen verfälscht wird.

Ein weiteres Problem ist die geringe Datenmenge, da die Sensoren relativ unbeweglich sind und deshalb nur wenige verschiedene Punkte abtasten. Das heißt, sie können nur wenige Kriterien prüfen. Toleranzen von weniger als 0,01 Millimeter einzuhalten, ist damit nicht möglich. Herkömmliche CCD-Linienscanner erzeugen ebenfalls nur etwa 30 bis 40 Linien pro Sekunde, so dass auch dieses Verfahren den Anforderungen nicht genügt.

Präzise Analyse ganzer Teilefamilien

Das Prüfsystem von MS3D ist einfach konstruiert, und erlaubt es, ein großes Spektrum unterschiedlicher Geometrien zu überprüfen, ohne die Maschine umbauen zu müssen. Das Verfahren zeichnet sich dabei durch die Reproduzierbarkeit des Gesamtergebnisses aus. Dafür werden Laserstrahlen auf die Oberfläche gerichtet und die Lichtpunkte mit Hilfe einer Kamera digitalisiert. Mittels Triangulierung wird anschließend die Innenwinkelsumme ermittelt, um darüber den Abstand zu bestimmen.

MS3D verbaut pro Gerät mehrere dieser Sensoren, die speziell auf eine zuverlässige Funktion unter widrigen Umgebungsbedingungen ausgelegt sind. Dadurch lassen sich ganze Teilefamilien flexibel auf ihre Form sowie die innere und äußere Geometrie hin überprüfen. Wenn mehrere Sensoren in Reihe geschaltet werden, lassen sich verschiedene Abstände messen. Es ergibt sich eine Linie von Punkten, aus denen ein Konturprofil erstellt werden kann. Bewegt man die Teile, wird die komplette Oberfläche digitalisiert.

Mit den verschiedenen Varianten lassen sich beispielsweise Alternatoren, Rotoren und Statoren, Kolben, Zahnstangen, Schiebemuffen zur Synchronisierung sowie Zahnräder des Getriebes in wenigen Sekunden kontrollieren. Auch die Lichtmaschinen, das Schwungrad, die Steckverbinder, Ventile und Ventilsitze, Getriebe-, Antriebswellen, Steuerriemen und Auspuffrohre können mit den Geräten von MS3D vermessen werden. Je nach Komponente werden hierbei verschiedene Anlagen verwendet.

Ein Prinzip, mehrere Maschinen

Die Rollerinspection zur Überprüfung zylindrischer, konischer und sphärischer Rollkörper existiert in zwei Versionen, einmal als Gerät zum Nachweis von Oberflächenfehlern mit Tiefen bis 0,5 Mikrometer und einmal in einer Version zur Kontrolle der 3D-Konformität der äußeren Form. Die Anzahl der verschiedenen Artikel, die mit Toleranzen von 0,2 bis 1 Mikrometer auf Maß- und Formgenauigkeit kontrolliert werden können, ist unbegrenzt.

Die Shapeinspection zur Kontrolle langer, flacher Teile, wie Nockenwellen, Einspritzdüsenkörper oder Automatik-Getriebekomponenten, erfasst mit Hilfe der berührungslosen Sensoren innerhalb einer Sekunde mehr als 20 Millionen Messpunkte und verarbeitet diese prozessparallel in drei bis 30 Sekunden. Bestimmen lassen sich unter anderem Winkel, Durchmesser, Koaxialität, Höhe, Symmetrie, Planheit, Lokalisierung oder Rundheit.

Die Innengeometrie hohler Teile lässt sich durch das Boreinspection-Prüfsystem kontrollieren, das Messungen im Inneren von topf- oder rohrförmigen Teilen, wie durchgehenden oder blinden Bohrungen mit und ohne Gewinde, auf 1 Mikrometer genau vornimmt. Zu den typischerweise kontrollierten Teilen gehören Gewindebohrungen von M4 bis M300, Zylinderblöcke, interne Nuten, Rohre und Einspritzdüsenkörper.

In zwei bis zehn Sekunden werden dazu mehr als vier Millionen Messpunkte erhoben und innerhalb einer Sekunde verarbeitet. Das Laden und Entladen dauert jeweils weniger als eine Sekunde. Ring- und zylinderförmige Drehteile lassen sich mit der Ringinspection-Reihe auf ihre externe und interne Geometrie hin untersuchen. Ringe, Wälzlagerringe, Kolben und ähnliche Gegenstände werden anhand von drei Millionen Messpunkten mit einer Präzision von 0,2 bis 1 Mikrometer vermessen.

Die jüngste Entwicklung des französischen Herstellers, ein Prüfsystem speziell für Getriebe, ging aus einer Kooperation mit verschiedenen Universitäten hervor. Mit der Gearinspection kann beispielsweise eine Verzahnung mit 23 Zähnen in weniger als zehn Sekunden komplett in 3D vermessen werden. Dadurch stehen bei jeder Änderung der Fertigungsparameter in Echtzeit Informationen darüber zur Verfügung, welche Auswirkungen diese haben.

Bei einer vergleichbaren Kontrolle mit taktilen Messmaschinen, die mindestens fünf Minuten in Anspruch nimmt, ist das nicht möglich. Die Gearinspection erlaubt somit eine Optimierung im laufenden Prozess, was mit entsprechend hohen Einsparungen einhergeht. Für die Zukunft ist außerdem eine Weiterentwicklung für die Inline-Prüfung von Getriebeachsen geplant.

Null-Fehler-Garantie

Da die Prüfsysteme in die Produktionslinie integriert werden, eignen sie sich insbesondere für Großserienkomponenten. Dadurch verkürzt sich die Endprüfung und es sind keine teilespezifischen Werkzeuge mehr nötig, so dass der Zeitverlust bei einem Wechsel entfällt. Auch beim Personal und bei der Wartung lassen sich Kosten einsparen. Durch die genaueren Tests steigt zudem der Durchsatz.

Aufgrund der in Echtzeit gewonnenen Informationen können gegebenenfalls Anpassungen im Prozess vorgenommen werden und fehlerhafte Teile werden nicht mehr ausgeliefert beziehungsweise weiter verbaut. Hersteller können dadurch nicht nur den Ausschuss reduzieren und erhebliche Kosten einsparen, sondern auch ihren Abnehmern eine Null-Fehler-Garantie geben.