Mitutoyo Quick Vision Elf: Maßgeschneiderte Messlösung

Bei der Mitutoyo Quick Vision® Elf handelt es sich um ein kompaktes CNC- Bildverarbeitungsmessgerät.

Bereits seit 1950 hat sich die Ramcel Enginering Company, beheimatet auf rund 5.500 m2 im amerikanischen Northbrook/Illinois, auf Stanz- und Prägeteile spezialisiert, übernimmt darüber hinaus Vormontagearbeiten und bietet Roboter-MIG&WIG Schweiß-Services. Das Unternehmen bedient dabei die verschiedensten Branchen, darunter Automotive, Computer/Telekommunikation sowie Verbrauchs- und Konsumgüter.

Die Lenksäule soll sich teleskopisch ineinander schieben, um bei bestimmten Crash-Szenarien die Belastung auf den Fahrertorso zu reduzieren.

Sicherheitsrelevante Komponenten für Lenksäulen

Eine anspruchsvolle Aufgabe stellte eine in der Entwicklung befindliche Komponente dar, die in der Lenksäule einer Servolenkung zum Einsatz kommen soll. Ramcel Engineering kam hier ins Spiel, nachdem der ursprüngliche Lieferant den Kunden nicht zufriedenzustellen vermochte. Bei der fraglichen Komponente handelt es sich um eine Sicherheitslenksäule, die sich aus einer Vielzahl an gestanzten, geformten und schließlich verschweißten Elementen zusammensetzt. Die Baugruppe besteht aus einem hochfesten, niedriglegierten HSLA-Stahl und umfasst zudem eine Zahnstange mit etwa 30 kleinen Zähnen. Diese werden mittels einer 600-Tonnen-Presse auf ein Maß unterhalb der Materialdicke durch ein 12-Stufenwerkzeug gestanzt.

Diesen Zähnen kommt eine sicherheitsrelevante Bedeutung zu. Die Lenksäule soll sich teleskopisch ineinander schieben, um bei bestimmten Crash-Szenarien die Belastung auf den Fahrertorso zu reduzieren. Dabei ermöglichen die Zähne die Neupositionierung der Lenksäule, abhängig von Fahrergewicht, Abstand zum Airbag, Verwendung/Nicht-Verwendung des Sicherheitsgurts und Verzögerungsrate des Fahrzeugs. Deshalb hat sich Tim Booth, Chief Engineering Manager bei Ramcel, im Hinblick auf die Kosteneffizienz bei der Herstellung der Sicherheitslenksäule für die Einführung einer einzigartigen Messroutine entschieden. Es gilt, die Zähne vor und nach dem Zusammenschweißen aller Elemente zu messen.

„Wir wollten noch vor dem Schweißen per Simulation die exakte Geometrie des zusammengefügten Bauteils herausfinden und vermessen. So können wir dafür sorgen, dass Einzelkomponenten, die nach dem Schweißen das gesamte Bauteil zum Ausschuss werden lassen, gar nicht erst verarbeitet werden. Hier reden wir von Toleranzen bis zu 0,05 Millimetern“, erläutert Booth. Dazu reicht es nicht aus, die ungeschweißten Komponenten zu vermessen. Vielmehr galt es, die Komponenten mit Spannvorrichtungen so zu fixieren, dass ihr Bezugsaufbau dem des Bauteils in verschweißtem Zustand gleicht. Denn nur so entsprechen auch die ermittelten Messwerte – inklusive Zahnpositionen, Schweißvertiefungen, Aussparungen etc. – denen eines fertig geschweißten Teils.

Schwierig zu messen durch Spannvorrichtungen

Doch dabei stellte sich ein Problem ein: Eine Spannvorrichtung, die die nötigen Spannkräfte aufbringt, ist nicht nur schwer, sondern auch sperrig und umschließt das Werkstück fast gänzlich. Das macht korrektes Messen äußerst schwierig. „Um diese Art der Teileinspektion überhaupt erst möglich zu machen, mussten wir den Aufbau der Spannvorrichtungen mit den Anforderungen des Messequipments in Einklang bringen. Für diese anspruchsvolle Aufgabe bedurfte es eines erfahrenen Messmittelherstellers, der obendrein über hohe Expertise in Sachen Spannen verfügt. Wir suchten nach einer Komplettlösung – vom Entwurf der Spannvorrichtung bis hin zur Lieferung von Messgerät und Software“, so Booth.

Ramcel machte sich in der Folge an die Suche, Vergleich und Bewertung möglicher Messtechnikfirmen im Hinblick auf geeignetes Messequipment sowie technischem Support. Die Firma wurde bei Mitutoyo vorstellig, um herauszufinden, ob der japanische Messtechnikspezialist mit einer geeigneten Lösung aufwarten kann.

Ganz im Bilde

„Die Spannvorrichtung weist an den Vermessstellen Aussparungen für die Messungen auf. Wir haben Mitutoyo zur Entwicklung eines Messverfahrens einen Prototypen sowie Musterteile zur Verfügung gestellt“, erklärt Joe Gallo, Director of Quality im Hause Ramcel. „Bereits nach wenigen Wochen präsentierte uns Mitutoyo in seinem M3 Solution Center in Aurora, IL, eine Komplettlösung mit einem Mitutoyo Quick Vision® Elf Bildverarbeitungs-Messgerät“, so Gallo weiter. Bei der Quick Vision Elf handelt es sich um ein kompaktes CNC-Bildverarbeitungsmessgerät, das darüber hinaus auch perfekt ins Budget des Metallverarbeitungsbetriebs passt.

Der Vorteil der berührungslosen Bildverarbeitung gegenüber taktilen Systemen liegt auf der Hand: Einen Taster in die Aussparungen der Spannvorrichtung einzuführen und darin zu bewegen, wäre zumindest problematisch, wenn nicht gar unmöglich. Die hochmoderne programmierbare LED-Beleuchtung der QV Elf (Koaxial- und Ringlicht) ermöglicht im Verbund mit der hochgenauen Fokussierung das Messen durch die Aussparungen. So ergeben sich schnell hochpräzise, detaillierte Bilder zur Auswertung.

Software-Support

Die Quick Vision Elf arbeitet mit der leistungsfähigen und intuitiv bedienbaren Software QVPAK. Gerade bei der Zahnstange erleichtert das Programm die Messung ganz entscheidend, schließlich müssen die Zähne zu 100 % geprüft werden. „Mit der Mitutoyo QVPAK Software lassen sich Beleuchtung und Vergrößerung ganz einfach justieren. Angesichts der umfangreichen Einstellmöglichkeiten, die das Programm bietet, ist QVPAK die ideale Software für unsere Anwendung. Denn wir müssen Teileprogramme erstellen können, mit denen das Messpersonal einfach und ohne Hindernisse oder gar mithilfe von Mitutoyo arbeiten kann“, fügt Gallo hinzu.

QVPAK zeigt die Ergebnisse für einfache Auswertung grafisch in 2D/3D an. Kantenerkennung mit nur einem Mausklick, Ausreißerentfernung und Kantenerkennungsfilter gehören ebenso zum Standardumfang wie eine Vielzahl von Werkzeugen. Ramcel erfasst und verarbeitet die Quick Vision Elf Messdaten mit MeasurLink®, Mitutoyo’s Quality Management Software, die eine unternehmensweite Fertigungskontrolle ermöglicht. MeasurLink kombiniert dabei das Sammeln von Onlinedaten in Echtzeit. Die eigens für integrierte Netzwerke entwickelte Software ermöglicht das Teilen von Information zur Qualitätssicherung und ist damit Teil einer allumfassenden Messlösung.

Ramcel vermisst gegenwärtig geschlagene 150 Merkmale an den vorgespannten Bauteilen. Dabei dauert ein Messzyklus gerade einmal vier bis fünf Minuten. „Diese Messlösung überzeugt uns restlos. Es ist ein gutes Gefühl, mit den modernsten, ausgereiftesten und obendrein noch kostengünstigen Messlösungen zu arbeiten“, freut sich Gallo.