Gelenkmeßarm steigert Flexibilität

Mobiles Meßsystem unterstützt den Serienanlauf bei BMW

Im Regensburger Werk von BMW werden alle Varianten der 3er-Baureihe gefertigt. Dies sind Limousine, Coupé, Cabrio, Touring, Allrad sowie die M3 der Motorsport-Tochter. Vom Preßwerk bis zur Endmontage sichert die Meßtechnik die hohe dimensionelle Prozeßgenauigkeit in der Fertigung dieser Fahrzeuge. Seit kurzem unterstützt ein Gelenkmessarm von Faro ihre Arbeit.

15. April 2001

Um die ehrgeizigen Qualitätsziele zu erreichen, muß die Ausstattung der Meßtechnik stets auf dem fortschrittlichsten Stand sein. Vor knapp einem Jahr wurde das Equipment der Abteilung Qualitätssicherung Meßtechnik Teile von BMW durch einen mobilen Gelenkmeßarm von Faro, Stuttgart, ergänzt. Das Modell „Arm Gold 12“ mit 3,7 m Meßbereich soll die Flexibilität der Abteilung erhöhen. Prozeßbegleitend und in der Analyse bei Prozeßschwankungen soll der Gelenkmeßarm den Fehlerbeseitigungsprozeß unterstützen.

Bisher mußten die zu analysierenden Teile und Komponenten in den Meßraum gebracht werden. Heute findet die Analyseuntersuchung „vor Ort“ statt. Neben dem zeitlichen Aspekt wurde die Entscheidung zum Kauf eines Gelenkmeßarmes auch von den sich eröffnenden Möglichkeiten der Mobilität und Flexibilität mitgetragen. Denn die oftmals zeitaufwendige Verlagerung von Bauteilen, Fertigungsgruppen und Montagevorrichtungen wird zusätzlich durch den Handling-Aufwand beim Transport beeinträchtigt.

Zu den Hauptaufgaben der Abteilung Qualitätssicherung Meßtechnik Teile gehören Prozeßüberwachungen mittels Fähigkeitsuntersuchungen, Analysen von Einzelteilen über Zusammenbauten bis hin zum Gesamtfahrzeug. Ein weiterer Aufgabenschwerpunkt der 13 Angestellten umfassenden Abteilung liegt in der Mitarbeit im FMK (Funktionsmaßkonzept). Diese von BMW eingeführte Systematik dient zur Absicherung der Toleranzen und ihrer Durchgängigkeit im Produktentstehungsprozeß. Bereits in der frühen Konstruktionsphase erarbeitet der Meßtechniker mit den betreffenden Fachstellen die meßtechnische Ausrichtung. Toleranzkettenberechnungen sowie FMK-Punkte für funktionskritische Merkmale sind die Grundlage für einen Meßplan. Dieser ist auch für den Zulieferer verbindlich und ermöglicht eine schnelle, durchgängige Überprüfbarkeit des Produkts. Im Sinne des Kunden-Lieferanten-Prinzips wird eine externe Firma, die beispielsweise fertige Teile für das Interieur herstellt, ebenso wie der Karosserierohbau, der die Rohkarosserie in der Montage bereitstellt, sowie verschiedene interne Vormontagefertigungen als Lieferant bezeichnet.

Schließlich gehört auch die meßtechnische Betreuung des „Prüf- Cubings“ zu den vorrangigen Tätigkeiten der Meßtechniker im Produktentstehungsprozeß. Der Prüf-Cubing ist eine in Aluminium gefräste Karosserie, die den dimensionellen Soll-Zustand verkörpert. An ihm lassen sich die Ausstattungsteile des Interieurs und Exterieurs sowie Klappen und Türen unter Idealbedingungen zur Bewertung des Qualitätsstandes in den Vorserienphasen bewerten.

Vor allem die Forderung nach der dimensionellen Überprüfung nicht verlagerbarer Teile aus Vormontageprozessen machte ein Überdenken der meßtechnischen Ausrüstung notwendig. Mobile Gelenkarm-Meßgeräte stellen eine Alternative zu stationären Meßanlagen dar. Nach einer Sondierung des Marktes entschied sich die Abteilung für das Modell von Faro, dessen Hauptvorteil in der Flexibilität und Mobilität liegt. In etwa einer Stunde ist der Gelenkmeßarm an jedem Ort des Werkes aufgebaut und zum Messen bereit.

Der Meßarm erreicht sicherlich nicht die Präzision von CNC- Koordinatenmaschinen in klimatisierten Meßräumen, aber für viele Aufgaben genügt seine Genauigkeit von etwa zwei zehntel Millimetern. Eine Temperaturkompensation macht eine Klimatisierung weitestgehend überflüssig. Die günstigen Anschaffungs- und Unterhaltskosten erleichterten auch die Investitionsentscheidung im Controlling. Im Gegensatz zu Meßmaschinen im Wert von mindestens einer halben Million Mark muß der etwa 100.000 Mark teuere Meßarm nicht permanent ausgelastet sein, um den Anforderungen der Rentabilität zu entsprechen.

In der Kürze der bisherigen Anwendungszeit haben sich schon einige typische Einsatzfälle herauskristallisiert. Zum Beispiel kommen SE-Partner ins Haus, um ihre Teile bei Qualitätsschleifen am Prüf-Cubing vorzustellen. Mit dem Faro-Arm läßt sich auch an schwer zugänglichen Stellen des Fahrzeuginnenraums die Lage des Anbauteils überprüfen und feststellen, ob mögliche Fehlerbilder aufgrund einer fehlerhaften Teileposition liegen oder dimensionelle Abweichungen am Bauteil begründet sind.

Der Hauptvorteil des Gelenkmeßarms liegt in der Mobilität, da er auch Meßprozesse außerhalb des Meßraums ermöglicht. Zum Beispiel werden Unterbaugruppen an einer Linie vormontiert. Zukünftig sollen die Unterbaugruppen auch an der Montagelinie gemessen werden.

Das Frontend wird nicht mehr in den Meßraum gebracht, sondern der Gelenkmeßarm an die Montagelinie. Die Sollposition der Frontleuchtenkombination am Frontend wird nun am Fertigungsort selbst geprüft. Noch größer sind die Vorteile, wenn fertig montierte Fahrzeuge direkt neben der Linie gemessen werden, denn diese lassen sich im Analysefall nur sehr aufwendig mit den CNC-Meßmaschinen überprüfen.

Das aufwendigste Analyseprojekt, das die Qualitätssicherung Meßtechnik Teile bisher mit dem Gelenkmeßarm durchführte, war eine Analyse im Fehlerbeseitigungsprozeß am Cabrio. Manfred Huber, Mitarbeiter der Abteilung, erinnert sich: „Der Anlauf des Cabrios stand bevor; eine Prämisse war, daß die Hardtops im Werk so genau gefertigt sein müssen, daß sich jedes Hardtop paßgenau auf jedes Cabrio montieren läßt und das Fahrzeug dabei selbstverständlich alle Anforderungen bezüglich Dichtheit und Windgeräusche erfüllt. Das Hardtop hat sich auch auf allen Fahrzeugen gut montieren lassen, war aber zunächst in einigen Fällen undicht. Dazu haben wir folgende Untersuchungen vorgenommen: Am Prüf-Cubing wurde die Montage der Hardtop- Aufnahmen und -Verriegelungen, die Befestigungen am Cabrioverdeck und der Dichtkanal, in den die Scheiben eintauchen, geprüft; ferner wurden an 20 gefertigten Fahrzeugen die Seitenscheibenlagen und die Vormontagevorrichtungen untersucht; abschließend wurden noch die Hardtops gemessen und die Lage der vormontierten Anbindungspunkte festgestellt.“ Das Ergebnis war eindeutig. Das größte Problem lag in der Streubreite der Seitenscheibenlage. Daraufhin wurde der Vormontageplatz für die Scheiben optimiert, und das Problem war behoben. Zusätzlich wurde festgestellt, daß es auch für die Vormontage des Hardtops eine günstigere Lösung gab, die inzwischen realisiert wurde, um nun ein einwandfreies Produkt in Serie herzustellen.

Der Umgang mit dem Meßarm ist einfach. Er wird in einem speziellen Transportmittel zum Einsatzort gebracht, aufgebaut und eingerichtet. Da das Fahrzeug-Koordinatensystem im Unterboden des Fahrzeugs definiert und am Gesamtfahrzeug schwer zugänglich ist, wird mit lokalen Ausrichtsystemen gearbeitet. Diese werden schon in der Produktentwicklung, im Sinne des Funktionsmaßkonzeptes festgelegt und in die Zeichnung eingetragen. Mit dem Meßtaster werden wichtige Punkte und Flächen angetastet und mit den Soll- Daten verglichen, die ursprünglich im CAD-System Catia vorliegen. Über die VDAFS-Schnittstelle wird das benötigte CAD-Model vor dem Meßeinsatz auf ein DVD-Speichermedium übertragen, sofern vor Ort kein Zugang zum IV-Datennetz besteht. Somit sind immer die aktuellen Daten am jeweiligen Meßort verfügbar.

Die von der BMW AG eingesetzte Standard-Software übernimmt nicht nur den Soll-Ist- Vergleich, sondern auch die numerische und grafische Protokollausgabe. Die Flächenmeß-Software ermittelt sofort beim Antasten die Abweichung gegenüber der Referenzfläche. Aus den Ergebnissen lassen sich unmittelbar mögliche Fehlerursachen erkennen, die detaillierter geprüft werden können.

Da jeder BMW-Meßtechniker die Standardmeß-Software kennt, braucht er keine längere Schulung, damit er den Gelenkmeßarm bedienen kann. So wurde der Faro- Meßarm auch schon abteilungsübergreifend eingesetzt. Karl-Heinz Swoboda, Mitarbeiter der Abteilung Qualitätssicherung Gesamtfahrzeug, wirkte auch an den Messungen am Cabrio mit: „Es ist kein Problem, mit dem Gelenkarm umzugehen. Allenfalls ist etwas Feingefühl beim Antasten notwendig, damit man bei der Meßwertaufnahme auch wirklich am Objekt ist.“

Für Manfred Huber bietet der Gelenkmeßarm weitere Perspektiven. Interessant wäre der Einsatz des Meßarms mit einem Laserscanner, eventuell auch mit einer Kamera, um Spalte und Fugen zu prüfen. Bisher werden diese rein mit dem Auge oder mit mechanischen Fühlerlehren überprüft. Ein starrer Taster, wie er derzeit auf dem Arm installiert ist, kommt für diese Aufgaben nicht in Frage. Mit ihm ist es zu schwierig, den höchsten Punkt der Kanten zu erfassen. Außerdem ist die Fuge beziehungsweise der Spalt für die Meßkugel zu schmal. Exakte Fugenmaße kann man bisher nur unter großem Aufwand mit CNC-Maschinen erfassen.

Zu diesem Problem bietet Faro noch eine Lösung: einen Adapter zur Befestigung eines dynamischen Meßtasters von Renishaw, Pliezhausen, der auch an hochwertigen CNC- Maschinen zum Einsatz kommt. Durch diese Variante werden die Vorzüge beider Systeme gekoppelt.

Weitere Einsatzmöglichkeiten des Faro-Gelenkmeßarms bei BMW sind im Werkzeugbau und im Vorrichtungsbau angedacht

Erschienen in Ausgabe: 09/2000