Das Fraunhofer IFF entwickelt komplexe Messanordnungen sowie
Methoden und Algorithmen zur Messdatenauswertung für innovative
kundenindividuelle Messtechnik und Prüfsysteme. So lässt sich etwa eine
geometrische 100%-Bauteilprüfung mit Sensoren mit der am Institut entwickelten
Technologie "OptoInspect 3D" lösen. Dr. Dirk Berndt ist Leiter des Geschäftsfeldes
Mess- und Prüftechnik.
1. Die Anforderungen an Materialoberflächen steigen in der Industrie ständig.
Dazu kommt, dass sich viele Fertigungsverfahren im Mikro –oder sogar
Nanobereich abspielen. Das führt doch auch zu eine stark erhöhten Nachfrage
nach optischen 3D-Messtechniken? Dr. Dirk Berndt: Das ist richtig und spiegelt sich auch in der wachsenden Anzahl von
Geräteanbietern wider. Betrachten Sie z. B. die etablierten optischen
Messverfahren der Fokusvariation, der Weißlichtinterferometrie oder die
konoskopische Holografie. Zukünftige Anforderungen bestehen aber auch darin,
diese optischen Messtechnologien in den Fertigungsfluss zu integrieren, um
Oberflächenmerkmale schnell und zuverlässig für jedes Bauteil zu erfassen und
adaptiv auf die Prozessregelung eingreifen zu können. Nur dann kommen wir der
Vision einer Nullfehlerproduktion ein ganzes Stück näher.
2. Zieht denn die steigende Komplexität und Vielfalt der Produkte nicht
auch sehr viele unterschiedliche Messverfahren nach sich? Oder anders gefragt:
braucht man innerhalb einer Fertigungslinie viele verschiedene
„Messgeräte“ oder gibt es welche, die multifunktional sind? Dr. Dirk Berndt:
Funktional sehr anspruchsvolle Bauteile weisen komplexe geometrische Merkmale
auf, die aufgrund ihrer späteren Verwendung sehr unterschiedliche
Merkmalstoleranzen haben. Gleichfalls haben grobtolerierte Merkmale i. A. auch
eine größere laterale Ausdehnung von mehreren Zentimetern, während
feintolerierte Merkmale eine laterale Ausdehnung von wenigen Millimetern haben.
Um aus Sicht des heutigen Standes der Technik die komplexen Messanforderungen zu
erfüllen, bedarf es Multi-Sensorlösungen. Für Makro- bis Mikromerkmale kommen
z. B. triangulationsbasierte Messverfahren zum Einsatz und für Mikro- bis Nanomerkmale
kann z.B. die Weißlichtinterferometrie verwendet werden. Zunehmend werden auch
Geometriemerkmale innerhalb von z. B. urgeformten Bauteilen interessant für die
das Verfahren der Computertomografie eingesetzt werden kann. Alle Verfahren
müssen die jeweiligen Merkmale innerhalb eines definierten
Bauteilkoordinatensystems bestimmen, was eine gemeinsame Verknüpfung der
Verfahren (sog. Registrierung) sowie eine Datenfusion erfordert. Hier besteht
noch intensiver Forschungsbedarf.
3. Was wird aktuell in der Produktion schon alles gemessen? Dr. Dirk Berndt: Das ist sehr vielfältig. In der aktuellen Produktion werden mit optischen
Koordinatenmessmaschinen Stichprobenmessungen durchgeführt. Darüber hinaus
bieten die triangulationsbasierten Verfahren, wie z . B. das
Laser-Lichtschnittverfahren, die Streifenprojektion und die Fotogrammetrie, ein
großes Anwendungspotential für prozess- und maschinenintegrierte Lösungen. So
werden Pkw- und Eisenbahnräder, Eisenbahnradsätze, Profile, Karosseriebauteile
in der Automobilproduktion, Rumpfschalen in der Flugzeugherstellung usw. auf
Maß-, Form- und Lagetoleranzen überprüft.
4. Die Frage nach der Software führt meist auch zu Frage nach
standardisierten Schnittstellen? Dr. Dirk Berndt: Die Standardisierung ist – für den Anwender nicht unmittelbar sichtbar –
ein gutes Stück voran gekommen. Nahezu jedes optisch und digital messendes
Gerät verwendet moderne Kamerasysteme, die über standardisierte Schnittstellen
für eine Verbindung mit PC-Systemen verfügen. Für den Anwender relevanter ist
die Fragestellung, wie die Messsysteme auf Sollvorgaben zugreifen können und in
welcher Art und Weise die Messergebnisse dokumentiert und archiviert werden.
Zur
standardisierten Bereitstellung der Sollvorgaben kommen uns die Entwicklungen
der CAD-Systeme von einem reinen 2-D-Zeichnungsprogramm hin zu einem
3-D-Volumenmodellierer sehr entgegen. In zunehmendem Maße sind die
industriellen Endanwender in der Lage, 3-D- Modelle zur Verfügung zu stellen,
aus den automatisiert Sollvorgaben abgeleitet werden können. Doch auch hier ist
für eine standardisierte Messprogrammerstellung, die dann alle Messgeräte
unterschiedlicher Hersteller verstehen, noch viel zu tun.
Bei der Art und Weise
der Dokumentation und Archivierung der Messergebnisse sieht die Situation sehr
viel besser aus. Hier stehen standardisierte Datenschnittstellen zu Programmen
der statistischen Qualitätsanalyse, der Archivierung in Datenbanken und dem Datenexport
in Tabellenkalkulationen zur Verfügung.
5. Kürzere
Durchlaufzeiten und Kosteneinsparungen sind wohl die meist gebrauchten
Schlagwörter in der Fertigungstechnik. Da ist ohne Automatisierung nicht
denkbar. Wie gut „automatisiert“ ist die optische Messtechnik? Dr. Dirk Berndt: Die Technologien der optisch dimensionellen 3-D-Messtechnik bieten den prinzipiellen
Vorteil, dass sie als vollautomatische Messeinrichtung arbeiten können und in
den Fertigungsfluss integrierbar sind, so dass jedes Bauteil im Fertigungstakt
der Produktion gemessen werden kann. Selbst komplexe, in Bearbeitungsmaschinen
integrierte, Sensorlösungen sind möglich. Diese Inline-Messtechnik erfordert
jedoch aufgabenangepasste Lösungen, die sich nicht aus Standardsensoren
konfigurieren lassen. Um diesen Herausforderungen Rechnung zu tragen hat das
Fraunhofer IFF in Magdeburg Werkzeuge entwickelt, die eine Entwicklung,
Realisierung und Inbetriebnahme aufgabenangepasster Sensorsystem ermöglicht.
Vielfältige Realisierungsbeispiele existieren dazu bereits.
6. Was sind die
gegenwärtigen Trends in der optischen, industriellen Messtechnik? Wohin wird
sie sich entwickeln? Dr. Dirk Berndt: Optische 3-D-Messsysteme müssen inlinefähig sein, damit
Prozessabweichungen frühzeitig zu erkennen sind. Dazu ist eine enge
interdisziplinäre Zusammenarbeit von Herstellern von Maschinen und Anlagen mit
Spezialisten der optischen Fertigungsmesstechnik erforderlich. Für einen
robusten und zuverlässigen praktischen Einsatz, müssen die 3-D-Messsysteme
adaptiv auf sich verändernde Umgebungsbedingungen – wie Temperatur,
Schwingungen oder optische Eigenschaften der Messobjekte – reagieren können.
Lösungen der optischen, dimensionellen 3D-Fertigungsmesstechnik, die optische
3D-Sensoren nutzen, müssen einfach rekonfigurierbar sein, um sie zukünftig
flexibleren Produktionssystemen – bei zunehmend geringeren Losgrößen in der
Fertigung – anpassen zu können. Dazu sind geeignete und benutzerfreundliche Verfahren
und Werkzeuge zu entwickeln, die eine Messmittelfähigkeit stets sicherstellen.
Zukunftsorientierte Lösungen erfordern eine vollautomatische und sehr schnelle
Datenverarbeitung der erfassten Geometriedaten.
Wir danken für das Interview.
Das Interview führte Hermann Straubinger (www.comeeco.de). 
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