"Wie baut man ein gutes Auto?"

Titelstory Fokus

Seit dem 1. August 2015 ist die Carl Zeiss Industrielle Messtechnik (IMT) mehrheitlich an der Steinbichler Optotechnik beteiligt, die seither Carl Zeiss Optotechnik heißt. Geschäftsführungsmitglied Markus Eßer erläutert, was die neue Konstellation den Unternehmen und den Kunden bringt, Hubert Lechner und Josef Mederer beschreiben neue Produkte, die vor allem in der Automobilindustrie für Furore sorgen.

15. April 2016
Den T-Scan gibt es sowohl hand- wie auch – für automatisierte Anwendungen –robotergeführt. Bildquelle: Carl Zeiss Optotechnik
Bild 1: "Wie baut man ein gutes Auto?" (Den T-Scan gibt es sowohl hand- wie auch – für automatisierte Anwendungen –robotergeführt. Bildquelle: Carl Zeiss Optotechnik)

Markus Eßer: Wir haben Steinbichler im Sommer letzten Jahres nicht übernommen, sondern eine Mehrheitsbeteiligung erworben – allerdings mit dem Ziel, diese auf 100 Prozent auszuweiten. Wir haben schon zuvor einige Projekte miteinander durchgeführt, auch im Blechbereich, und dabei einen sehr guten Eindruck gewonnen. Beispiele sind unsere optischen Sensoren Eagle- und Falconeye II für unsere Horizontalarmgeräte zur Vermessung von Karosserieblechen sowie In- und Exterieur; ein anderes – mit der Carl Zeiss Automated Inspection – war eine automatisierte Streifenprojektionszelle, die ›AI-Box‹. Insbesondere Eagle- und Falconeye haben unerwartet viele Aufträge generiert, die Kunden haben geradezu auf diese Produkte gewartet. Die Datenauswertung erfolgt über die Zeiss-Software Caligo, so dass die meisten Kunden mit ihrer bisherigen Software weiterarbeiten können.

Auf Basis dieser erfolgreichen Zusammenarbeit ergaben sich die ersten Gespräche auf CEO-Ebene zwischen Zeiss IMT und Steinbichler und eine relativ schnelle Einigung.

Gab es nicht starke Synergie-Effekte, sprich Redundanzen, Überschneidungen im Produktprogramm?

Markus Eßer: Die gab es kaum. Im Gegenteil: Die Produktportfolios überschneiden sich so gut wie gar nicht; vielmehr ergänzen sie sich hervorragend. Auch im Bereich Vertrieb nutzt Steinbichler Instrumente, die wir bei Zeiss bisher nicht hatten.

Dafür hat Zeiss weltweit das dichtere Niederlassungsnetz! - Markus Eßer: Steinbichler hat zehn Niederlassungen weltweit, Zeiss etwa 30 Direktvertriebsgesellschaften und 50 Competence Center, in denen wir unseren Kunden Messdienstleistungen anbieten. Am stärksten wollen wir in den Wachstumsmärkten USA und China mit den Produkten der CZ Optotechnik wachsen. Dort hat die IMT jeweils weit über 300 Mitarbeiter. Um wirklich weltweit präsent zu sein, braucht man eine gewisse kritische Masse.

Hubert Lechner: Die Zeiss-Gruppe hat etwa 25.000 Mitarbeiter, Zeiss IMT über 3.000, und hier in Neubeuern bei der Optotechnik sind es 200, also jeweils eine Größenordnung Unterschied.

Wie haben die Steinbichler-Mitarbeiter den Einstieg von Zeiss aufgenommen? Gab es Angst um die Arbeitsplätze?

Markus Eßer: Natürlich waren die Mitarbeiter auf die Änderungen gespannt, aber zu einem großen Teil hat man das Engagement von Zeiss positiv gesehen. Weder der Standort Neubeuern noch einzelne Arbeitsplätze standen zur Debatte. Wir sind stolz darauf, dass bis jetzt noch kein Mitarbeiter aufgrund des Zusammenschlusses die Carl Zeiss Optotechnik verlassen hat. Wir sind froh, so hoch qualifizierte Mitarbeiter zu haben und wollen den Standort noch vergrößern. Das haben wir auch sofort kommuniziert.

Wir pflegen in der Zeiss-Gruppe eine möglichst offene Kommunikation mit den Mitarbeitern und haben dazu eine Methodik entwickelt, die wir Cultural Journey nennen, mit der wir unsere Strategien und Werte vermitteln wollen. Hier versuchen wir allen Mitarbeitern die Werte von Zeiss zu vermitteln und ihnen klar zu machen, welchen Wert die Marke Zeiss hat und wie jeder Einzelne in seiner Person dazu beitragen kann, unser Markenversprechen gegenüber unseren Kunden einzuhalten und damit den Wert der Marke zu beeinflussen.

Haben Sie Nachwuchsprobleme, oder reicht die Anziehungskraft der Namen Zeiss und Steinbichler aus, um genügend Bewerber zu locken?

Markus Eßer: Man darf nicht übersehen, dass sich der Sog Münchens auch hier noch deutlich auswirkt, andererseits bietet die Landeshauptstadt auch hervorragende Ausbildungsstätten für Ingenieure und Naturwissenschaftler. Bei uns bewerben sich aber auch Menschen aus anderen Regionen Deutschlands. Die Lebensqualität hier ist kaum zu übertreffen, und das nahe Rosenheim ist groß genug, um auch für junge Leute interessant zu sein. Kurz und gut: Bisher können wir unseren Bedarf decken.

Kommen wir zurück zu den Synergie-Effekten: Wo hatte das Zeiss-Produktportfolio aus heutiger Sicht noch Lücken, die durch Steinbichler geschlossen wurden? - Markus Eßer: Im Bereich Carbody hat uns sicher noch einiges gefehlt, um als Solution-Provider wirklich wahrgenommen zu werden. Wir hatten zwar einige Produkte für die Blechkontrolle und die Volldigitalisierung von Teilen, aber zusammen mit der Carl Zeiss Optotechnik hier in Neubeuern können wir jetzt wichtige Ergänzungen anbieten. Mehr noch: Aus dieser jungen Entwicklungspartnerschaft sind bereits einige vielversprechende Ideen hervorgegangen, die wir zum Teil schon mit großem Erfolg auf dem Markt umgesetzt haben.

Können Sie dazu schon etwas andeuten?

Markus Eßer: Viele Entwicklungen gehen in Richtung Industrie 4.0, also Automation, Kommunikation. Wir werden uns sehr stark am Prozess beim Kunden, an seinen Wünschen ausrichten und nicht Lösungen entwickeln, für das wir dann ein Problem suchen. Im Fokus haben wir vor allem die Bereiche Carbody und Powertrain.

Wir haben bei Zeiss die Prozessanalyse-Software Pi-Web entwickelt, ein System zur Auswertung großer Datenmengen, nicht nur für Messdaten. Das haben wir bei einigen OEMs auch schon installiert, die das beispielsweise für den Qualitätsvergleich zwischen ihren Werken nutzen.

Von uns wird nicht nur Applikations-Know-how, sondern auch Prozessverständnis erwartet. Der Kunde will einen Partner, der ihm hilft, seine Prozesse zu verbessern. Das gilt vor allem für Länder, in denen das Know-how noch nicht so ausgeprägt ist. Dort fragen uns die Leute praktisch: »Wie baut man ein gutes Auto?« Mit Betonung auf ›gut‹.

Wie baut man ein gutes Auto?

Hubert Lechner: Ich kann mit dem Oberflächeninspektionssystem ABIS zumindest helfen, ein schönes Auto zu bauen, eines mit makellosen Oberflächen. Die Endkunden stellen gerade im Premiumsegment extreme Anforderungen an die Oberflächenqualität der Fahrzeuge, aus der sie Rückschlüsse auf die Gesamtqualität ziehen.

Um Oberflächenfehler manuell zu entdecken, tasten erfahrene, spezialisierte Mitarbeiter mit Handschuhen stichprobenweise die Außenhautblechteile ab und können hierbei Höhenabweichungen größergleich 80 µm erfühlen. Eine weitere Methode ist das Abschleifen mit einem Abziehstein. Der Mitarbeiter raut die betreffenden Stellen mit dem Stein auf, wodurch Erhebungen sichtbar gemacht werden. Anschließend bewertet der Prüfer, Auditor genannt, die gefundenen Oberflächenfehler gemäß der Konzernklassifikation. So eine manuelle Prüfung und Klassifikation dauert zum Beispiel bei einem Seitenwandrahmen mindestens 20 Minuten.

Mit unserem ABIS (Automatic Body Inspection System) dauert der Prüfvorgang nur eine Minute. Die fehlerhaften Stellen werden sofort auf dem Bildschirm gezeigt, und man kann sehr schnell Gegenmaßnahmen ergreifen und die Pressenparameter korrigieren. Sie können sich leicht vorstellen, was bei einer Hubzahl von zwölf bis 17 Blechteilen pro Minute dadurch an Fehlerkosten vermieden wird.

Je früher man einen Fehler entdeckt, desto geringer sind die Folgekosten?

Hubert Lechner: So ist es. In diesem frühen Stadium wie im Presswerk kostet ein Fehler drei bis fünf Euro, wird ein Fehler erst beim Zusammenbau entdeckt, wären wir bei 50 bis 80 Euro, im Karosseriebau reden wir schon von 800 bis 1.500 Euro. Und wenn ein relevanter Oberflächenfehler erst nach dem Lackieren entdeckt wird, meldet sich bestimmt die Produktionsleitung.

Wie arbeitet ABIS? - Hubert Lechner: Der ABIS-Sensor wird mit einem Roboter über das Blechteil mit bis zu 5 m/s bewegt und nimmt hier einzelne Bilder von etwa DIN-A4-Größe auf. Es handelt sich hierbei um eine Einbildtechnik mit einer Aufnahmezeit von 0,1 ms. In dieser kurzen Zeit, 10-4 s, sind jegliche Vibrationen in der Umgebung für ein scharfes Bild unerheblich. Die Welt erscheint dem Sensor eingefroren. Diese Schwingungsunabhängigkeit ist essenziell für einen Systemeinsatz im Presswerk. Die Software wertet die Oberflächendaten aus und nutzt hierzu Algorithmen, die virtuelle Abziehsteine simulieren. Wir können so Höhenabweichungen in der Oberfläche bis runter auf 10 µm sicher auf Blech detektieren. Also eine wesentlich höhere Empfindlichkeit als je bei einer manuellen Prüfung möglich. Und die Prüfung ist mit ABIS objektiv und wiederholbar.

Das Ergebnis ist ein Report, auf dem die Oberflächenfehler auf dem CAD-Modell angezeigt werden. Die Markierung erfolgt je nach Relevanz des Fehlers, sprich dessen Sichtbarkeit nach der Lackierung, stufenlos von grün über gelb bis rot. Der Qualitätsmitarbeiter weiß auf einem Blick, wo Handlungsbedarf besteht.

Kann ABIS nur neben der Linie für Stichproben eingesetzt werden?

Hubert Lechner: Nein, wir haben auch Inline-Einsätze im Presswerk realisiert: In einer Anlage in Norddeutschland werden in einer sogenannten Schwerpunktsprüfung alle Teile auf dem Band, sprich hundert Prozent der Teile, an besonders kritischen Stellen geprüft. Zusätzlich wird in einer Gesamtprüfung jedes fünfte bis achte Teil in seiner kompletten Fläche inspiziert. Somit werden Trends in der Qualität zum Beispiel durch Werkzeugverschleiß rechtzeitig erkannt, und zwar bevor es einen dunkelgelben Hinweis auf dem Monitor gibt. Manuell könnte nur jedes 50. bis 100. Teil geprüft werden. Das Presswerk hat mit der ABIS-Inline-Anlage eine wesentlich größere Stichprobenzahl. In jedem Ladungsträger befindet sich mindestens ein Teil, das zu hundert Prozent auf die Oberflächenqualität geprüft wurde. Dies stellt einen erheblichen Qualitäts- und Sicherheitsgewinn dar, und das genannte Werk hat die geringste Rücklaufquote im Konzern. Dieser führt ABIS als Inline-Anlage nun auch in einem weiteren Werk ein.

Nun hilft der schönste Anblick nichts, wenn die Maße nicht stimmen. Herr Mederer, die Sicherung der korrekten Dimensionen ist Ihre Baustelle.

Josef Mederer: Richtig: Der beste Anstrich nützt nichts, wenn es zieht. Alle Bauteile an und in einem Fahrzeug werden auf Maßhaltigkeit geprüft, und dazu bieten wir unsere Digitalisiersysteme Comet und T-Scan, das erste für die Streifenlicht-, das zweite für die Laserlinienprojektion. Beide Systeme gibt es sowohl hand- wie robotergeführt.

Der Automobilbau hat bekanntlich den höchsten Automationsgrad und entsprechend sind wir gefordert. Der Trend geht zur Hundertprozentprüfung in der Linie. Das funktioniert aus unserer Sicht nur mit der Laserlinie, weil wir da die Möglichkeit haben, die Kriterien punktuell zu überprüfen.

Wie funktioniert das Messen mit der Laserlinie? - Josef Mederer: Über das Prinzip der Triangulation wird das reflektierte Licht der Linie ausgewertet. So wird ein zweidimensionales Höhenprofil ermittelt, die dritte Dimension holen wir uns durch die Bewegung über das Bauteil – aus etwa 150 Millimeter Abstand. Da Position und Lage des Messkopfes permanent durch den Tracker, einen optischen Balken, erfasst werden, können wir zu jeder Zeit die 3D-Koordinaten jedes Punktes auf der Laserlinie bestimmen. Das sind pro Sekunde ungefähr 210.000 Punkte.

Ist so ein sequenzielles Verfahren nicht zeitkritisch?

Josef Mederer: In der Praxis nicht, denn man muss in der Regel nicht die gesamte Oberfläche digitalisieren, sondern nur kritische Zonen, etwa Anschlüsse. Der Kunde sagt uns, was er haben möchte und wie viel Zeit uns zur Verfügung steht. Dann können wir sagen, was in dieser Zeit machbar ist.

In unseren letzten Projekten haben wir die Erfahrung gemacht, dass wir 15 bis 20 Merkmale in 100 bis 110 Sekunden prüfen konnten. Etwa drei bis fünf Sekunden braucht man pro Scan-Objekt, abhängig von der Komplexität und den Nebenwegen des Roboters. Größere Teile wie Türen mit 50 bis 80 Messstellen schaffen wir natürlich nicht im Produktionstakt, kleinere Teile schon.

Wo beispielsweise funktioniert T-Scan im Taktzyklus? - Josef Mederer: Im Bereich Abgasanlage zum Beispiel. Wir haben es da mit geschweißten Rohren zu tun, und jede Wärmebehandlung führt zu Verzug. Die Abgasrohre müssen aber an den Verbindungsstellen, vor allem am Hot-End, also motorseitig, gasdicht schließen. Hier erfolgt die Prüfung mit dem T-Scan inline im Takt. Es gibt hier ein kurzes Prüfprogramm, das bei jedem Bauteil abläuft, und ein detaillierteres Analyseprogramm mit weiteren Prüfstellen, das auf Anforderung, etwa nach jedem n-ten Bauteil, oder zu Beginn oder Ende jeder Schicht abgefahren wird. So können weniger kritische Punkte mit einer geringeren Prüfschärfe überwacht werden.

Wie genau ist denn der T-Scan?

Josef Mederer: Wir können die Position der Einzelpunkte im Messbereich auf zirka 100 µm bestimmen. Das reicht aus, um eine Prozessüberwachung von Toleranzen größer etwa 5/10 mm zu erreichen. Für viele Prüfungsaufgaben genügt das völlig. Mit dem Streifenlicht sind wir etwa um den Faktor 2 genauer.

Dient der Scan nur dazu, Teile zu klassifizieren in gut, Nacharbeitung und unbrauchbar, oder hat er auch Einfluss auf vorangegangene Prozesse?

Josef Mederer: Eine ganz wichtige Aufgabe ist im Prototypenstadium die Optimierung der Teile und der Prozesse, Letzteres aber auch während der Produktion. Der Fahrzeughersteller muss wissen, wo im Fahrzeug sich sein Teil wirklich befindet, liegt ein bestimmter Punkt an Position 2.400 mm oder auf 2.400,2 mm. Wird die Abweichung von der Sollposition zu groß, muss eingegriffen werden. Wir können, falls nötig, ein digitales 3D-Bild des kompletten Teils liefern und damit die Basis für ein 3D-Modell des kompletten Fahrzeugs. Aber auch bei Einzelteilen ist es für die Prozesskette immens wichtig, Änderungen oder Einstellmaßnahmen direkt und unmittelbar zu erkennen und zu dokumentieren. Das kann nur mittels einer automatischen Prüfzelle in der Linie erfolgen. Alle anderen Methoden sind hier nicht zielführend, weil die Ergebnisermittlung einfach zu lange dauert.

Erschienen in Ausgabe: 03/2016