Nikon Metrology News Vol.10 DE

NIKON METROLOGY NEWS

Anwenderberichte und Produktneuigkeiten AUSGABE 10

InSight L100

Der ultimative KMG-Laserscanner der Produktivität und Präzision vereint

Kiekert setzt auf Cross Scanner für die 3D-Prüfung von automobilen Schließsystemen Newbury Electronics nutzt die Röntgentechnik für die Prüfung von modernsten Elektronikbauteilen Videomesssystem sichert die Qualität von Diamantdüsen für das Wasserstrahlschneiden

VIDEOMESSTECHNIK IN HÖCHSTER VOLLENDUNG

Erfahren Sie, wie MicroTec EDM Inspektionen unter Einsatz des iNEXIV Videomesssystems um das 60-fache beschleunigt

2

NIKON METROLOGY I VISION BEYOND PRECISION

Inhalt 4 | Insight L100 – Der ultimative

4

KMG-Laserscanner, der Produktivität und Präzision vereint

6 | Die Kiekert AG, ein global führender Zulieferer für automobile Schließsysteme, schätzt die Vorteile digitaler Cross Scanner

9 | Spring s.r.l. setzt Laserscanner für die

6

16

Qualitätskontrolle von generativ gefertigten Produkten ein

12 | EDM-Subunternehmer und

Werkzeughersteller installiert ein CNC Vieomesssystem von Nikon Metrology, um die Zertifizierung gemäß dem AS9100Qualitätsmanagementstandard zu beschleunigen

16 | Leiterplattenhersteller nutzt die

Röntgeninspektion zur Qualitätskontrolle der nächsten Generation elektronischer Baugruppen

20 | Röntgeninspektion: SGC - SwitchGear Company schaltet einen Gang höher!

22

22 | Videomesssystem sichert die Qualität von

Diamantdüsen für das Wasserstrahlschneiden

25 | Wie komplexe„Ersatz“-Werkzeuge mithilfe des MV330 Laser Radar gefertigt werden

Bitte senden Sie Ihr Feedback und Themenvorschläge an: Sales.NM@nikon.com +32 (0)16 74 01 00 Nikon Metrology NV Geldenaaksebaan 329, 3001 Leuven, Belgien www.nikonmetrology.com Bestellen Sie ein kostenloses Exemplar der Nikon Metrology News bei info.nm@nikon.com

News I Ausgabe 10

3

InSight L100 Der ultimative KMG-Laserscanner für die Messung von Flächen und Merkmalen

Qualität von Nikon...

Der InSight L100 KMG-Laserscanner bietet die bestmögliche Kombination aus Geschwindigkeit, Präzision und Bedienerfreundlichkeit. Der InSight L100 eignet sich sowohl für Oberflächen- als auch Merkmalsmessungen. Er liefert schnell präzise Daten und aufschlussreiche Teil-gegen-CAD-Prüfberichte, selbst bei reflektierenden Oberflächen und unterschiedlichen Werkstoffen.

Der InSight L100 ist das Ergebnis von 20 Jahren Erfahrung in der optischen Messtechnik. Mit dem InSight L100 bestätigt Nikon Metrology seine Marktführerschaft im Bereich der KMG-Laserscanlösungen.

4

Besuchen Sie die Linkedin-Seite, um mehr über unsere neuen Produkte, Veranstaltungen und besondere Angebote zu erfahren

Extrem schnelle Datenerfassung

Erfassen Sie kleinste Details

Der InSight L100 eignet sich ideal zur Prüfung großvolumiger 50 mm Komponenten, bei denen die Produktivität vorrangig ist, ohne 100 mm jedoch Zugeständnisse an die Genauigkeit machen zu müssen.

Durch das 100 mm weite Sichtfeld (*Streifenabstand = 0,5 mm) in Verbindung mit der gesteigerten Messgeschwindigkeit wird eine Messproduktivität erzielt, die bislang für das KMG-Scannen unerreichbar war.

Der InSight L100 ist mit einem hochwertigen Nikon-Objektiv ausgestattet, das speziell für das Laserscannen optimiert wurde. Zusammen mit der hochauflösenden Digitalkamera wird eine Punktauflösung von 42 µm und somit die beste Datenqualität des Marktes erreicht. Damit ist die Erfassung kleinster Strukturen und die Messung schärferer Kanten möglich. Der InSight L100 zeichnet sich durch eine außergewöhnlich niedrige Antastabweichung von 6,5 µm – ein Maßstab für die Signalgüte des Scanners – aus. Netzflächen werden daher glatt und Details extrem genau dargestellt

Genaue Merkmalsmessung

Farbwechsel auf Oberflächen sind kein Problem

50 cm2 Oberflächenabtastung pro Sekunde

Der InSight L100 eignet sich sowohl für Oberflächen- und Merkmalsmessungen. Aufgrund des niedrigen Rauschens beim Messen und der hohen Punktauflösung erzielt er eine Genauigkeit bei der Merkmalsmessung, die nahezu der von taktilen Messtastern gleichkommt

Der Laserscanner, der mit der 4.

Generation der Enhanced Sensor Performance (ESP4 – Erweiterte Sensorperformance) ausgestattet ist, passt die Laserintensität für jeden Punkt in der Scanzeile schneller als je zuvor an unterschiedlichste Farben oder Materialien an. Dadurch wird eine noch stabilere Scannerleistung bei der Digitalisierung von Baugruppen aus unterschiedlichen Materialien oder glänzenden Oberflächen erzielt und die aufwändige Vorbereitung von Oberflächen entfällt.

Einfach zu bedienen

Höhere Reichweite beim Messen

Die neue Funktion zur Projektion des Sichtfelds zeigt dem Bediener ganz klar an, ob sich der Scanner in der optimalen Position befindet.

Dies vereinfacht die Programmierung des Scanners und ermöglicht bessere Rückmeldungen während des Scanvorgangs.

Dank des integrierten Adapters (derzeit zum Patent angemeldet) kann der Scanner in 30°-Schritten bis zu 90° um die Achse seiner Aufnahme gedreht werden. Der Scanner kann daher ohne teure AutoaufnahmeAdapter betrieben werden. Besonders interessant ist dies für die Messung von Turbinenschaufeln oder Teilen, deren Merkmale und Kanten vertikal verlaufen.

Der InSight L100 kann außerdem in Verbindung mit einem PH10 und erweitertem 105°-Winkel in der A-Achse, der Messungen unterhalb oder hinter Werkstücken ermöglicht, eingesetzt werden.

0°

30°

105°

60°

90°

105° in Verbindung mit 90°-Neigung°

News I Ausgabe 10

5

Anwenderbericht

Eine Raupe im Laser-Blickfeld Automobilzulieferer Kiekert AG setzt auf digitale Cross-Scanner

Mit digitalen Cross-Laserscannern von Nikon Metrology prüft der Weltmarktführer für automobile Schließsysteme, die Kiekert AG, Position und Maßhaltigkeit von Dichtsystemen an Tür- und Heckklappenschlössern. Taktile Messverfahren würden bei diesen druckempfindlichen und komplex geformten Elementen an ihre Leistungsgrenzen stoßen.

Sie ist etwa 30 Zentimeter lang, acht Millimeter dick, glatt, weich und unauffällig grau. Völlig unempfindlich gegen Kälte, Hitze, Nässe, Staub und Trockenheit. Sie lebt gut und gerne einige Jahrzehnte – und das in nahezu vollständiger Dunkelheit. Sie ist eine ganz besondere, selbst Biologen unbekannte Spezies. Sie ist die Schaumraupe.

Unbemerkt windet sie sich knapp 10 Zentimeter entfernt vom linken oder rechten

6

Oberarm fast eines jeden BMW-Insassen: im Türschloss der edlen Karossen mit dem blauweißen Emblem. Hier, zwischen Türinnenverkleidung und -außenblech, ist der Lebensraum der Schaumraupe. Hier geht sie ihrer einzigen Bestimmung nach: die Fahrzeugschließsysteme hermetisch gegen Feuchtigkeit und Schmutz von außen abzuschirmen. Und damit deren Funktion auch unter extremen klimatischen Bedingungen überall auf dem Globus zu

sichern. Am Polarkreis ebenso wie in der Wüste Gobi, im tropischen Regenwald ebenso wie im nasskalten deutschen Herbst.

Wie mehr als 50 weitere Automobilhersteller setzt auch BMW bei der Technik für hochwertige Schließsysteme auf die Kiekert AG. Der global führende Zulieferer für automobile Schließsysteme mit Hauptsitz in Heiligenhaus bei Düsseldorf beschäftigt rund 5.000 Mitarbeiter in weltweit neun

Ländern – davon sechs Produktions- und sechs Entwicklungszentren sowie zwei Vertriebszentren.

Mit mehr als 1.200 Patenten ist die Kiekert AG der unangefochtene Innovationsführer dieses anspruchsvollen Technologiebereichs.

Hier wurde die Zentralverriegelung erfunden und die elektromotorische Servoschließung.

Hier tüfteln Entwickler an Lösungen, die auch in Zukunft das Fahren noch komfortabler und sicherer machen werden.

Und hier sind Qualitätssicherer im Einsatz, die ganz besondere Garantien zu geben haben. Zum Beispiel jene, nur kerngesunde Schaumraupen in die automobile Freiheit zu entlassen. Allein im Werk Heiligenhaus bis zu 20.000 Stück pro Tag.

Die Forderung: Qualität für Jahrzehnte Den Körper der Raupe bildet ein spezieller, verformbarer ZweikomponentenDichtschaum, der mit Spritzrobotern schlangenförmig in einer etwa bleistiftdicken Walze auf die Schlossgehäuse aufgetragen wird. Als komprimierte Dichtlippe zwischen dem später eingebauten Schloss und dem Türkarosserieblech schottet die Schaumraupe das Schließsystem gegen eindringende Feuchtigkeit ab. Da Tür- und Heckklappenschlösser in der Regel ein Fahrzeugleben lang nicht ausgetauscht oder gewartet werden, muss die Schaumraupe auf jahrzehntelange Zuverlässigkeit ausgelegt sein. Die Voraussetzung dafür: ein exakt ausgeformter und verlaufender Schaumkörper. Denn selbst kleinste Abweichungen im Profil, in der Oberflächenkontur oder bei der Position könnten zu akuten oder Langzeitschäden von Schließmechanik und -elektronik führen.

Der Cross Scanner digialisiert komplexe, verschiedenartige Materialien schnell und zuverlässig.

mit dem Kunden taktiles Messen auf Koordinatenmessmaschinen dem Thema.

Eine zwar vollkommen tragfähige Lösung, die den Kunden durchaus zufriedenstellte.

Aber auch eine Lösung, die den extrem kritischen Kiekert-Qualitätsverantwortlichen noch Optimierungsspielraum bot.

Denn: Selbst bei geringster Antastkraft des schaltenden Messsystems von nur 0,2 Newton drückte die Tastspitze leicht ins weiche Raupenmaterial ein. Eine sich natürlich wieder rückbildende Verformung – aber eben auch Ursache für eine minimale Ungenauigkeit. Durch einen nach langen Versuchsreihen optimalen, früh auslösenden Antastwinkel konnte man den Effekt zwar einschränken – aber es gab weitere nicht ganz optimale Umstände des taktilen Messens in dieser Anwendung.

Die Grenzen des taktilen Messens

Nicht verwunderlich also, dass die Schaumraupe als definitiv kontrollpflichtiges Element in der Kiekert-Qualitätssicherung geführt wird, dem man entsprechend große Aufmerksamkeit widmet. Ganz unabhängig von den Nachweisen, die der Automobilproduzent über die Güte des Bauteils einfordert.

Der nachteiligste: Die Schaumraupe ist eine echte 3-D-Flächenkontur, bei der es nicht reicht, nur eine Dimension zu erfassen. Benötigt werden Aussagen über Höhe, Querschnitt, Profilgeometrie und Position. Mit der ja letztlich sehr endlichen Punkteauflösung des taktilen Messens ist alles das nicht darstellbar.

Bei Produktionsstart der mit Schaumraupen versehenen Schlösser näherte man sich zunächst in Absprache

Wollte man sich taktil einen möglichst geschlossenen Überblick verschaffen, wäre das Messen extrem zeitintensiv.

Ganz zu schweigen von der aufwändigen Auswertung derart vieler taktil aufgenommener Messpunkte.

Reduzierte man aus Zeitgründen wiederum die Anzahl der Messpunkte, wäre es schwierig oder gar unmöglich, den gewünschten Gesamtüberblick zu erhalten.

Abgesehen von dem Zielkonflikt zwischen möglichst geschlossenem Überblick und dem Kriterium Zeit, kam das zentrale Messlabor auch aufgrund einer zunehmenden Stichprobenprüfung an seine Kapazitätsgrenze.

Kiekert traf hieraufhin eine grundsätzliche Entscheidung: weg von der taktilen, hin zur berührungslosen Messung auch bei der Schaumraupenprüfung. Weg vom Taster, hin zum Scanner.

Entscheidende LaserLeistungspunkte Erfahrungen mit Streifenlaserscannern hatte man bei Kiekert, vor allem in der Bauteilqualifizierung erster werkzeugfallender Teile, sogenannter „First off Tools“-Teile, bereits intensiv gesammelt.

Schon mit Marktreife der LaserscannerTechnologie Anfang der 2000er Jahre wurde in Heiligenhaus das Potenzial dieses Messverfahrens erkannt und schrittweise in die Qualitätssicherung implementiert.

Seit geraumer Zeit agieren daher sowohl >>

News I Ausgabe 10

7

Nikon Metrology nimmt mit drei kreuzförmig angeordneten Laserstrahlen sowohl flächige Bereiche als auch das komplexe Profil der berührungsempfindlichen Schaumraupe an den Kiekert-Schließsystemen in den Blick. Dies wohlgemerkt in einem einzigen Scan, mit einem einmaligen Abfahren des Raupenverlaufs. Und ohne dass der Scanner – dank der aus drei Winkeln auftreffenden Laserlinien – während der Bewegung geschwenkt werden müsste.

Die drei Laserlinien decken dabei ein Sichtfeld von 65 x 65 Millimetern ab, während die Sensorgenauigkeit bei 12 µm liegt.

in der deutschen Fertigungsstätte in Heiligenhaus als auch am größten KiekertProduktionsstandort in Tschechien sowie in den mexikanischen und chinesischen Werken digitale und analoge 3-D-Laserscanner des Messgeräteherstellers Nikon Metrology.

An all diesen Standorten schätzt man die enormen Vorteile des berührungslosen Messens via Laserscanner: • Erstellen hochdichter Punktewolken für das rasche Identifizieren von Merkmalen • Deutlich vereinfachte Erst- und Detailbewertung der Messergebnisse durch Falschfarbendarstellung • Schnelles Messen von Freiformflächen auf CAD-Basis • Merkmalsprüfung auf CAD-Basis • Erfassen vollständiger digitaler Kopien eines Werkstücks innerhalb weniger Minuten • Verkürzte Messzeiten und damit erhöhter Prüfteiledurchsatz • Vereinfachte Messdatenaufbereitung für die Übergabe an die vorhandene Verarbeitungs- und Auswertesoftware • Möglichkeit des Reverse Engineering Mit der neuesten Evolutionsstufe der NikonTechnologie, dem digitalen Cross-Scanner XC65Dx, geriet nun auch die Schaumraupe ins Laser-Blickfeld bei Kiekert.

Cross-Scanning mit drei Laserlinien Der digitale Cross-Scanner XC65Dx von

8

Drei auf einen Streich, das bedeutet enormen Zeitgewinn. Deutlich weniger als vier Minuten benötigt der an einer Nikon Portalmessmaschine agierende digitale CrossScanner XC65Dx zur Aufnahme der gesamten Schaumraupe. Weniger als vier Minuten, in denen die leistungsstarke Datenverarbeitung aus einer Scangeschwindigkeit von bis 75.000 Laserpunkten pro Sekunde eine hoch dichte 3-D-Punktewolke generiert. Diese 3-D-Punktewolke kann gegen die CAD-Daten im Rahmen einer Falschfarbendarstellung mithilfe der auswertenden Messsoftware Nikon Focus so aussagekräftig dargestellt werden, dass selbst ein messtechnisch nicht explizit geschulter Mitarbeiter auf den ersten Blick eine Bewertung des Prüfergebnisses vornehmen kann. Dies ist ein durchaus wichtiger Aspekt, wenn Messungen – wie im Anwendungsfall bei Kiekert – nicht mehr im Messlabor, sondern fertigungsnah oder fertigungsbegleitend erfolgen. Darüber hinaus werden aus der 3-D-Punktewolke charakterisierende Kennwerte extrahiert und statistisch überwacht, um den Beschäumungsprozess zu regeln. So werden Prozesstrends bereits korrigiert, bevor die vereinbarten Toleranzen überschritten werden.

unerwünschter Reflexionen komplett entfallen. Grundlage dafür ist die permanente automatische Punkt-zu-Punkt-Anpassung der Laserintensität des XC65Dx von Nikon Metrology. Sie stellt die bis zu 75.000 pro Sekunde erfassten Punkte individuell ein und garantiert so eine homogene, lückenlose Punktewolkenaufnahme ohne Überstrahlungen.

Ebenfalls kein Problem stellen erforderliche Wechsel im Prüfablauf dar, etwa für unterschiedliche Schlossvarianten. Denn über die Nikon Metrology Software Focus Scan lassen sich die erforderlichen Scannerbewegungen auf Basis der CAD-Daten bereits im Offline-Betrieb automatisch generieren und bei Bedarf direkt abrufen. Messprogramme können so von qualifizierten Messtechnikern erstellt und von Anwendern ohne tiefgreifende Messprogramm-Kenntnisse abgerufen und ausgeführt werden.

Schnell ist man bei der Kiekert AG auch in anderer Hinsicht: beim Übertragen neuer, erfolgreich eingesetzter Technologien auf die internationalen Standorte. So nimmt man die kontrollpflichtigen Schaumraupen mittlerweile nicht nur am Stammsitz Heiligenhaus ins Cross-Laser-Fadenkreuz, sondern auch im SPC-Messraum des größten Produktionswerks im tschechischen Prelouc.

Punktgenau gesteuerte Laserintensität Kurze Messzeiten, hohe Genauigkeit, vollständige 3-D-Ansicht, unkomplizierte Bedienung, schnelle Ergebnisbewertung: Schon diese Vorteile der Nikon CrossScanner-Technologie für die SchaumraupenPrüfung sind überzeugend. Und weitere kommen hinzu.

So kann beispielsweise das zeitraubende Einsprayen des Werkstücks zum Unterbinden

Diesen Anwenderbericht herunterladen

Anwenderbericht

Spring S.r.l. setzt Laserscanner für die Qualitätskontrolle von generativ gefertigten Produkten ein Der 3D-Scanner von Nikon Metrology passt die Laserintensität automatisch an Reflexionsgrad und Farbverläufe an Anfang 2014 beschloss man bei Spring (www.springitalia.com), die Flächenrückführung (Digitalisierung) von Komponenten im eigenen Hause auszuführen, statt diese Arbeit extern erledigen zu lassen.

Das Unternehmen ist auf Rapid Prototying und generative Fertigungsverfahren (auch als „additive Fertigung“ bezeichnet) spezialisiert und in Monteviale, in der Nähe von Venedig, ansässig. Nach einer eingehenden Marktanalyse hat sich das Unternehmen für einen 7-Achsen Gelenkmessarm und einen digitalen Laserscankopf von Nikon Metrology entschieden. Dieses System digitalisiert schnell und präzise Teile für Reverse EngineeringAnwendungen sowie den 3D-Druck und ermöglicht somit eine deutliche Verbesserung der Qualitätskontrolle bei Spring.

Der mobile Gelenkmessarm MCAx und der daran befestigte Laserscanner ModelMaker 3D können sowohl sehr große als auch ausgesprochen kleine Teile messen. Da beide Geräte von Nikon Metrology stammen, sind sie natürlich 100% kompatibel. Außerdem muss sich Spring in Sachen Beratung und Service nur an einen einzigen Ansprechpartner wenden – Leonardo 3D Metrology, den in Turin ansässigen Nikon Metrology Exklusivhändler für Italien. Für Spring war die langjährige Erfahrung des Händlers mit derartigen Systemen von unschätzbarem Wert, da mit dieser Technologie ganz neues Terrain betreten wurde. „Mit der Ausrüstung von Nikon können wir den Wünschen und Anforderungen unserer Kunden noch besser entsprechen. Wir können nun einen Service bieten, der integrierter, umfassender und präziser ist, mit kürzeren Durchlaufzeiten und äußerst zuverlässigen Ergebnissen“, erklärt Roberto Toniello, Mitbegründer des Unternehmens und Leiter der Konstruktionsabteilung.

Reverse Engineering liefert die Daten für die generative Fertigung Wenn ein Produkt nachgebaut werden soll, aber kein CAD-Modell vorhanden ist oder das ursprüngliche Bauteil verändert wurde, muss es erneut digitalisiert und somit zurückgeführt werden. Die Scandaten werden in der technischen Abteilung von Spring mithilfe der Software Geomagic Studio verarbeitet. Sie importiert die >>

News I Ausgabe 10

9

„

Mit der Ausrüstung von Nikon können wir den Wünschen und Anforderungen unserer Kunden noch besser entsprechen. Wir können nun einen Service bieten, der integrierter, umfassender und präziser ist, mit kürzeren Durchlaufzeiten und äußerst zuverlässigen Ergebnissen”, erklärt Roberto Toniello, Mitgründer des Unternehmens und Leiter der Konstruktionsabteilung.

Spring srl nutzt die FDM-Technologie im 3D-Druck, um Armlehnen als Endprodukt im Flugzeugbau zu produzieren. Dadurch kann das Unternehmen seine Umschlagszeit im Vergleich zu traditionellen Verfahren wie CNC-Bearbeitung um 66 Prozent verkürzen und die Kosten halbieren.

Rohdaten der Punktewolke, die mit der Nikon Metrology Software Focus Handheld erfasst wurden. Die Punktewolkendaten werden in genaue Flächen-, Polygon- und native CAD-Modelle zurückgeführt und an einen der zehn Pro Engineer und Unigraphics NX CAD-Arbeitsplätze bei Springs exportiert.

Dort werden die STL-Dateien erzeugt, die zur Steuerung der sechs generativen Statasys Fortus FDM (Fused Deposition Modelling) -Produktionssysteme dienen.

Zwei davon sind große 3D-Drucker mit großvolumigen Einbauräumen von 900 x 600 x 900 mm. Dadurch ist Spring als eines der wenigen Unternehmen in Italien in der Lage, Objekte einer entsprechenden Größe im FDM-Verfahren herzustellen.

Die 3D-Drucker stellen im Schichtaufbauverfahren Bauteile aus thermoplastischen Werkstoffen her. Es werden unterschiedlichste Thermoplaste verarbeitet, vom einfachen ABS über das UV-beständige ASA bis hin zum Hochleistungskunststoff Ultem 9085, einem flammenhemmenden Material mit hoher gewichtsbezogener Festigkeit, das für den Einsatz in der Luftfahrt zertifiziert ist und außerdem ideal für Anwendungen in der Schifffahrt, Formel 1 oder anderen Motorsportarten ist.

10

Verbesserte Qualitätskontrolle bei gedruckten Bauteilen Nach der Herstellung der Teile werden diese mithilfe des Scansystems auf ihre Genauigkeit geprüft. Für die Messung können entweder ein Laserkopf oder ein austauschbarer taktiler Messtaster oder beide in einer gemischten Messroutine eingesetzt werden.

Eine Nikon Metrology Software bietet eine Messund Analyseumgebung mit intuitiven Funktionen für den Einsatz von taktilen Messsystemen und Laserscannern. Der Scanner wird eigentlich zu zwei Dritteln der Zeit als Messwerkzeug eingesetzt.

Die bei der Qualitätskontrolle erfassten Daten werden direkt am Bildschirm mit der ursprünglichen CAD-Datei, die entweder vom Kunden gestellt wurde oder aus einer Flächenrückführung stammt, verglichen und analysiert. Alle Merkmale außerhalb der Toleranz können identifiziert und gemessen werden. Ebenso können Teil-gegen-CAD-Vergleiche angestellt werden, um die Wiederholgenauigkeit des Fertigungsprozesses zu prüfen. Focus, die Software von Nikon Metrology, unterstützt diese Arbeitsschritte: Sie verwaltet die aufgenommenen Punktewolken, führt die Vergleiche und erweiterte Merkmalsprüfungen durch und erstellt Berichte.

Für Spring ist es sehr wichtig, dass die Qualität und Genauigkeit der Bauteile genau auf diese Art und Weise geprüft und bestätigt werden können, um aussagekräftige Berichte für die anspruchsvollen Kunden des Unternehmens zu erstellen. Insbesondere Aerospace und F1 verlangen die komplette Rückführbarkeit des Fertigungsprozesses bis hin zu den Rohstoffen. Vor der Einführung der Messtechnik im eigenen Hause hatte Spring jedoch Schwierigkeiten, einen Service dieses Niveaus zu bieten. Ein besonderer Wachstumszweig ist die Bereitstellung 3D-gedruckter Kerne aus löslichem Thermoplast. Kunden aus der Luftfahrt und dem Motorsport nutzen diese, um Schichtverbundwerkstoffe herzustellen.

Frühzeitige Erkennung der Bedeutung des generativen Fertigungsverfahrens Spring wurde 1998 von Fabio Gualdo und Roberto Toniello mit dem Ziel gegründet, die eigene Erfahrung im Modell- und Formenbau in die neue Technologie der generativen Fertigung einzubringen. Sie gehörten zu den ersten, die erkannt haben, dass dieses Verfahren die Herstellung von Produkten in Serie genau nach Kundenvorgaben als Alternative zur Massenproduktion ermöglichen würde.

Heute bedient die Abteilung für Forschung, Entwicklung und Design sowohl den

Eine Kabelführung für ein Flugzeugmodell, die Spring srl modifiziert und im FDM-Verfahren gedruckt hat (rechts) sowie das ursprüngliche Modell aus Aluminium (links). Das Gewicht wurde um 60 Prozent reduziert, gleichzeitig wurden Zeit und Geld gespart. Der Nikon Metrology Scanner leistete Unterstützung bei der Neugestaltung des Bauteils und Kontrolle des Fertigungsprozesses.

Zulieferer- als auch den Endkundenmarkt und stellt Prototypen und Serienteile im 3D-Druckverfahren her. Gleichzeitig konstruiert und liefert sie Formen für das Spritzgießen und den Druckguss für längere Produktionsläufe. Auf die italienischen Kunden entfallen 80 Prozent des Unternehmensgeschäfts, der restliche Anteil der Kunden verteilt sich auf ganz Europa.

Fabio Gualdo, der Mitgründer von Spring, erklärt: „In der generativen Serienproduktion muss das Design eines Bauteils oft noch optimiert werden. Ein Werkstück, das ursprünglich durch spanende Bearbeitung hergestellt werden sollte, muss ganz neu modelliert werden. Besonders, wenn es sich um ein neues Material handelt, ist dies wichtig, um die erforderlichen mechanischen Eigenschaften zu erreichen oder das Gewicht zu reduzieren.

Ein gutes Beispiel ist unsere jüngste Produktion eines Hubschrauberteils aus Ultem 9085, einem thermolastischen Hochleistungskunststoff, der das zuvor verwendete luftfahrttaugliche Aluminium ersetzen sollte. Die Durchlaufzeit für die traditionelle Fertigung betrug vier bis sechs Wochen und die Kosten beliefen sich auf ca.

500 Euro pro Bauteil. Im 3D-Druck betragen die Kosten nur die Hälfte und die Zeit hat sich um ein Drittel verkürzt.”

Großer Bedarf nach innovativer Messtechnik In den letzten Jahren sei es Gualdo und seinen Kollegen immer klarer geworden, dass sie den Kunden die Möglichkeit bieten mussten, komplexer geformte Teile zu produzieren. Die manuellen Messverfahren des Unternehmens unter Verwendung der herkömmlichen Messtechnik haben

jedoch ihre Grenzen, daher der Einsatz des digitalen, scannenden Gelenkmessarms von Nikon Metrology. „Von allen Anbietern, die wir geprüft haben, hat Nikon Metrology das beste Produkt im Hinblick auf technische Spezifikation und Kundendienst geboten“, erklärt Gualdo. „Der MCAx Gelenkmessarm ist im Gegensatz zu einem Koordinatenmessgerät leicht zu transportieren und kann Bauteile aller Größen, die bei uns produziert werden, messen.

Die Vielseitigkeit des ModelMaker Laserscanners ermöglicht uns die Prüfung aller thermoplastischen Teile, die wir im 3D-Druck herstellen, sowie der Komponenten, die wir dazukaufen und die aus anderen Werkstoffen bestehen können.

Andere Scanner-Systeme, die wir geprüft hatten, waren nicht in der Lage, all diese Werkstoffe zu verarbeiten. Dies ist auch der Grund, warum wir uns für Nikon Metrology entschieden haben.”

Diesen Anwenderbericht herunterladen

News I Ausgabe 10

11

Anwenderbericht

Automatische Videomessung beschleunigt Prüfungen um das 60-Fache

Dawn Carter untersucht eine funkenerodierte Komponente aus KupferNickellegierung für einen Täuschkörper am Nikon Metrology iNEXIV VMA-4540 CNC Videomesssystem bei Microtec

EDM-Subunternehmer und Werkzeughersteller installiert ein Nikon Metrology CNC-Videomesssystem, um die Zertifizierung gemäß dem AS9100-Qualitätsmanagementstandard zu beschleunigen Was haben ein Orbital-Teleskop, das derzeit die Milchstraße kartiert, und die erste Armbanduhr, die erstmals seit 50 Jahren komplett unter englischer Regie produziert werden soll, gemeinsam?

Der britische Subunternehmer Microtec EDM aus Basildon lieferte die Prototypen und Komponenten für beide Unternehmungen und für verschiedene andere innovative, hochkarätige Projekte. Vor kurzem hat das Unternehmen die Möglichkeiten seiner messtechnischen Abteilung durch den Kauf eines leistungsfähigen CNC-Videomesssystems, das iNEXIV VMA-4540 von Nikon Metrology, deutlich erweitert.

Bis zur Installation dieses Systems Ende 2014 kam bei Microtec das manuelle Videomessgerät eines anderen Herstellers zum Einsatz. „Wir arbeiten derzeit im siebten Jahr an einem Auftrag mit 18-jähriger Laufzeit, der unter anderem die elektro-erosive Bearbeitung (EDM) und das spitzenlose Rundschleifen eines Rohrs aus Kupfer-Nickellegierung für die Herstellung

12

eines Täuschkörpers umfasst", erklärt der Besitzer und Geschäftsführer Graham Cranfield. „Die vollständige Prüfung des Teils hat mit dem manuellen Videomesssystem 20 Minuten gedauert. Nachdem diese Messaufgabe nun im neuen Nikon-System programmiert wurde, wird derselbe Messzyklus in nur 20 Sekunden automatisch ausgeführt.

Die Zeitersparnis bewegt sich in der Regel immer in dieser Größenordnung, sodass wir beachtliche Produktivitätssteigerungen in der messtechnischen Abteilung erzielen konnten.“ Er erklärt, dass sie nur wenige Stunden gebraucht hätten, um den Messzyklus für diese ziemlich komplizierte Aufgabe auf der

„

Die vollständige Prüfung des Teils hat mit dem manuellen Videomesssystem 20 Minuten gedauert. Nachdem diese Messaufgabe nun im neuen Nikon-System programmiert wurde, wird derselbe Messzyklus in nur 20 Sekunden automatisch ausgeführt.“ Graham Cranfield, Besitzer und Geschäftsführer von Microtec

Nahaufnahme einer Gesenkform Prüfungen können mithilfe von Videomessungen oder eines Messtasters durchgeführt werden

Grundlage eines CAD-Modells vom Werkstück zu programmieren. Dieser Prozess wird sich mit zunehmenden Programmierkenntnissen der Mitarbeiter sogar noch beschleunigen.

Bei Aufträgen, die sich häufig wiederholende Aufgaben umfassen, wird durch diesen automatisierten Messansatz langfristig viel Zeit gespart. Wenn nur ein Dutzend Tauschkörper gemessen werden, hat sich die Programmierzeit schon ausgezahlt. Dieses Bauteil wird derzeit in Mengen von wenigen tausend Stück benötigt, und selbst wenn nur ein Teil pro Dutzend geprüft werden muss, wird allein in diesem Jahr mehr als das Doppelte der Programmierzeit an Messzeit eingespart.

Aus dem gleichen Grund ist die Prüfung von Prototypen und Komponenten, die nur in kleinen Losen benötigt werden, produktiver, wenn das bereits vorhandene Videomessgerät oder einfach das iNEXIV VMA-4540 im manuellen Betrieb eingesetzt werden.

Große Bandbreite an Werkstückgrößen Zu den Auftragsarbeiten, die Microtec für Raumfahrtmissionen erbringt, gehört auch die Herstellung von Komponenten für die gemeinsame Mission der ESA und JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) zum Merkur, die im Juli 2016 mit einer siebeneinhalbjährigen Reise zum kleinsten Planeten unseres Sonnensystems geplant ist.

Ein weiteres Projekt umfasst die Herstellung

von Prototypen und Komponenten für ein Orbital-Teleskop.

In beiden Fällen sind die Teleskopteile relativ groß. Viele andere Komponenten, die der Subunternehmer aus Basildon herstellt, haben Größen bis in den 20 Mikrometerbereich. Damit zählt das Unternehmen in Großbritannien zu der sehr ausgesuchten Gruppe von Fachunternehmen, die Leistungen wie das Draht- und Funkenerodieren anbieten.

Ein aktuelles Projekt im Mikrobereich besteht im Drahterodieren von 70 Mikrometer breiten Kammern in Kupfer- und Molybdängittern, die in Mengen von 50 Stück jährlich für eine Elektronenstrahlkanone benötigt werden.

Irgendwo zwischen diesen Größenextremen liegen die Komponenten, die Microtec für Charles Frodsham & Co, den Uhrmacher des britischen Königshauses, anfertigt. In diesem Jahr beabsichtigt Philip Whyte, der Geschäftsführer, die erste Uhr auf den Markt zu bringen, die erstmals seit 50 Jahren allein unter englischer Regie produziert wurde.

Sie wird von Anfang bis Ende unter einem Dach in der Werkstatt des Unternehmens in der Nähe von Heathfield, East Sussex, hergestellt.

Enge Zusammenarbeit Charles Frodsham steht in langjähriger Geschäftsbeziehung zu Microtec.

Der Subunternehmer bearbeitet regelmäßig Uhrengehäuse aus Gold im Funkenerodierverfahren und fertigt Federn

für den Uhrmacher an. Dieser wiederum übernimmt Arbeiten wie das Drehen, Fräsen und Bohren im Mikrometerbereich, die von Mictrotecs eigenem Maschinenpark nicht abgedeckt werden.

Seit etwa fünf Jahren kommt in Charles Frodshams Werkstatt in Hastings ein CNC Videomesssystem von Nikon Metrology zum Einsatz. Philip Whyte hat Mictrotec diese Marke aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und Präzision und des guten Kundendiensts und Supports auch nach dem Verkauf empfohlen.

Daraufhin hat Graham Cranfield das Angebot anderer möglicherAnbieter geprüft,fand jedoch keine bessere Alternative. Dabei entdeckte er, dass einige andere Markenhersteller am Markt für Videomesstechnik tatsächlich apochromatische Objektive von Nikon einsetzen, die eine bessere Korrektur von Abbildungsfehlern wie chromatische und sphärische Aberration bieten als herkömmliche Objektive. Dies hat ihn zusätzlich von der Qualität des Nikon Metrology Angebots überzeugt.

Mehrere Zielmärkte, angeführt von der Luft- und Raumfahrt Aufträge von der Luftfahrt- und Verteidigungsindustrie sind die wichtigste Säule im Geschäft von Microtec: RollsRoyce, BAE Systems, Selex Galileo und Astrium sind regelmäßige Kunden.

Hauptsächlich aus diesem Grund strebt Microtec die Zertifizierung gemäß AS9100 an, ein Prozess, der mit dem Kauf des Nikon >>

News I Ausgabe 10

13

Graham Cranfield, Geschäftsführer von Microtec, untersucht ein größeres Teil, in diesem Fall eine Gesenkform aus Stahl, am iNEXIV-System

Metrology iNEXIV-Systems unterstützt wird. Insbesondere wird das System für Erstmusterprüfberichte von Vorteil sein, die nun schneller erstellt werden können. Die VMA AutoMeasure Software von Nikon Metrology vergleicht die Messergebnisse automatisch gegen die CAD-Modelle und ermöglicht eine schnelle Erstellung entsprechender Berichte im Standardformat.

Der Motorsport, der technisch gesehen in enger Verbindung zur Luftfahrt steht, gewinnt als Zielmarkt für das Subunternehmen zunehmend an Bedeutung.

Aufträge für die Medizin- und Zahntechnik, die oft komplizierte Bearbeitungsvorgänge mit schwierigen Werkstoffen beinhalten, sind eine weitere Spezialität. Ein aktueller Auftrag beinhaltet die Herstellung von sehr kleinen anatomischen Pinzetten mit Rillen, die unter Verwendung eines 20 Mikrometer starken Drahtes – fünf Mal dünner als ein Haar – erodiert werden.

Für einen weiteren Auftrag aus der Medizintechnik ist ein Kunststofffilter mit 0,25 mm Rippen anzufertigen. In den 1990er Jahren entfielen bei Microtec 80 Prozent des Umsatzes auf den Werkzeugund Formenbau. In den folgenden Jahren ging er auf 20 Prozent zurück, da China dieses Geschäft größtenteils übernommen hatte. In jüngster Zeit sind jedoch wieder Umsatzsteigerungen zu beobachten, da der Formenbau zunehmend wieder zurück in die

14

Heimatländer verlegt wird. Der Grund für diese Entwicklung sind steigende Kosten im Ausland und Probleme mit der Qualität und Logistik.

Auch für andere Industriezweige werden Projekte ausgeführt, beispielsweise im Prämiumsegement für Mercedes und im Highend-Hifi-Segment für Rega Research, Southend, für die Microtec Teile für einen beweglichen Tonabnehmer fertigt.

Die Produktion im Werk Basildon läuft rund um die Uhr mit Werkstoffen, die von Aluminium, Kupfer und Stahl bis hin zu Titan und exotischen Legierungen reichen. Acht Erodiermaschinen von Agie Charmlles decken die Produktionskapazität weitgehend ab, unterstützt durch vertikale Bearbeitungszentren von Hurco, eine spitzenlose Rundschleifmaschine von Ghiringhelli und verschiedene andere manuelle Werkzeugmaschinen.

Berührungslose 2D- und 3D-Messung Für die meisten drahterodierenden Bearbeitungsvorgänge genügt eine 2D-Prüfung, für die ein Videomesssystem die ideale Lösung ist. Einige funkenerodierte Komponenten müssen jedoch dreidimensional vermessen werden: Die Prüfung mit einem iNEXIV Videomesssystems bietet den Vorteil, dass Höhenabstufungen unter Ausnutzung des

großzügigen 73,5 mm langen Arbeitsabstands gemessen werden können.

Die 3D-Prüfung erstreckt sich auf den Formenherstellungsprozess. Anfang Januar erhielt Microtec von dem britischer Hersteller MK den Auftrag, eine Spritzgussform für die Herstellung von Steckdosen zu überholen.

Zeichnungen oder CAD-Modelle standen nicht zur Verfügung. Die gebrochenen Ränder der Form wurden daher in Werkzeugstahl nachgefertigt, nachdem zunächst die Höhe und Breite der betreffenden Abschnitte am iNEXIV-System gemessen wurde.

Ebenso können ältere Komponenten, über die keine Daten zur Verfügung stehen, wie beispielsweise Oldtimer-Teile, im Reverse Engineering-Verfahren nachgefertigt werden.

Nach der Datenerfassung wird eine DXFDatei ausgegeben, die direkt von der CNCSteuerung einer Werkzeugmaschine oder einem CAD-/CAM-System übernommen werden kann, um die Werkzeugwege zu generieren. Unter Verwendung der Nikon Metrology Software zur Prüfung des Teils gegen CAD kann das bearbeitete Teil mit der DXF-Datei verglichen und sichergestellt werden, dass alle Toleranzen eingehalten wurden.

Schaltende Messtasterfunktion Einige Komponentenmerkmale, wie beispielsweise Abschrägungen und Einstiche,

Der PC-Bildschirm des iNEXIV VMA-4540 Videomesssystems zeigt ein Bild des zu prüfenden Teilebereichs, die aktuellen Punktkoordinaten, eine Liste der gemessenen Merkmale, der Merkmale außer Toleranz und vieles mehr

Nahaufnahme des drahterodierten Molybdängitters für eine Elektronenstrahlkanone auf dem Messtisch des iNEXIV-Videomesssystems

sind für optische Messstrategien ungeeignet.

In diesen Fällen bietet das iNEXIV VMA4540 die Möglichkeit, einen Renishaw TP20 oder TP200 Messtaster zu installieren, der Punktdaten erfassen kann. Der Messtaster arbeitet versetzt zur optischen Achse, aber im selben 450 x 400 x 200 mm Koordinatenraum, mit einem nur geringfügig kleineren Betriebsradius. Ein Tastereinsatzwechsler ist ebenfalls vorhanden.

Es können sogar optische und taktile Messungen in ein und demselben Messzyklus ausgeführt werden – eine andere Option, die Microtec nutzen wird. Beispielsweise erfordern einige der für BepiColombo bestimmten Teleskopteile nur eine optische 2D-Prüfung der Aperturen, andererseits gibt es aber auch Reihen mit 2 mm Gewindebohrungen, deren Positionen innerhalb desselben Programms zu messen sind.

„Wir setzen soweit möglich reine Videomessungen ein, da diese schneller und präziser sind,“ erklärt Graham Granfield.

Wenn die Teile aber nicht die richtige Form haben oder nicht absolut sauber sind, sind berührende Messungen die bessere Wahl.

Bei diesem Auftrag ist besonders die Stitching-Funktion der Nikon Metrology Software (Zusammenfügen mehrerer Bilder zu einem Großbild) von Vorteil, da die Aluminiumteile einen Durchmesser von 550 mm haben und in vier Quadranten im 450 x 400 mm Messbereich der X- und Y-Achse des iNEXIV-Systems gemessen werden müssen. Zudem werden auch tiefliegende Merkmale in gleichbleibender Tiefenschärfe wiedergegeben, wenn mehrere Bildaufnahmen aus verschiedenen Höhen der Z-Achse zusammengefügt wurden.

„Andererseits sind einige Merkmale, wie die gekrümmte Oberfläche einer Glocke, mit einem Messtaster schwierig zu messen, da die Berechnungen zur Kompensierung der Tastereinsatzdurchmessers an jedem Messpunkt auf der gesamten Oberfläche sehr aufwändig wären.

Die Autofokus-Funktion (AF) des iNEXIVSystems ermöglicht dagegen eine sehr schnelle Erfassung von Höhenabstufungen. Darüber hinaus erwägen wir gerade die Möglichkeit, einen Laser-Autofokus nachzurüsten, da dieser besonders geeignet ist, ebene Flächen mit großer Wiederholgenauigkeit in der Z-Achse zu messen.”

Die Vielseitigkeit dieses Systems wird durch die zahlreichen Beleuchtungsmöglichkeiten noch erweitert. Es verfügt über eine Auflicht- und Durchlichtbeleuchtung und eine 8-segmentige Ringbeleuchtung. Alle Beleuchtungen arbeiten mit LED-Lichtquelle.

Diese Beleuchtungen in Kombination ermöglichen eine präzise Erkennung kontrastarmer Kanten.

Selbst wenn ein Bauteil falsch ausgerichtet ist, sucht das System automatisch die Zielposition auf Basis des im Messprogramm gespeicherten Messbilds aus. Die Erkennungsfunktionen werden durch ein bedienerfreundliches Sichtfeld von 13,3 x 10 mm bei einer 0,35-fachen Vergrößerung unterstützt.

Gleichzeitig ermöglicht der Fünfstufen-Zoom auf die 3,5-fache Vergrößerung genaue Messungen sowie hochauflösende Bilder.

Diesen Anwenderbericht herunterladen

News I Ausgabe 10

15

Anwenderbericht

Leiterplattenhersteller nutzt die Röntgeninspektion für Bauelemente der nächsten Generation

Newbury Electronics Geschäftsführer Philip King (rechts) und Dave Roe, leitender Produktionstechniker, mit dem XT V 160.

Nikon Metrology Röntgensystem reduziert die Kosten für die Montage von BGA-Baugruppen um 70 Prozent

Lohnarbeitsunternehmen für die Bestückung von Leiterplatten (PCBA), die beispielsweise für Anwendungen wie die Steuerung von Elektromotorrädern, Bodenbewegungskontrollen und berührungsempfindliche Klangerzeugung eingesetzt werden, nutzen im Allgemeinen unterschiedlichste Instrumente für ihre Qualitätskontrolle. Dazu zählen unter anderem Flying-Probe-Tester, optische Prüfungen mithilfe von Kameras und Röntgengeräte.

Nur sehr wenige Hersteller in Großbritannien können sich rühmen, ein so fortschrittliches Röntgensystem wie das XT V160 zu besitzen, das Newbury Electronics im Jahr 2014 erstanden hat.

16

Ball Grid Arrays (BGAs) und QFN- (Quad-Flachgehäuse No-Leads) Verbindungen sind zwei Merkmale einer Leiterplatte, die genauestens geprüft werden müssen.

Eine der besonderen Herausforderungen bei der Prüfung von BGAs der neuesten Generation besteht darin, dass sie sehr komplex geworden sind – die Packungsdichte ist höher geworden und die Kugeldurchmesser kleiner.

Das bedeutet, die Leiterplatte ist so eng bestückt, dass zwischen den einzelnen Bauteilen kaum Raum für eine visuelle Prüfung besteht.

Newbury Electronics (www.newburyelectronics.co.uk) verwendete vorher ein Endoskop, um auf relevante Bereiche zuzugreifen und diese zu betrachten, was zwar bei kleinen Bauteilen effektiv, aber auch zeitaufwändig war. Leider erwies sich dieses Verfahren als zunehmend unpraktisch, da es immer schwieriger wurde, das Endoskop so zu positionieren, dass die Komponenten in der Umgebung des BGA nicht im Weg standen. Darüber hinaus konnte diese Prüfvariante manchmal gar nicht mehr eingesetzt werden, da die Bauteile immer kleiner

wurden. Selbst wenn das Endoskop gut zu positionieren war, wurde es zunehmend schwieriger, ein tiefenscharfes Bild durch mehrere Kugelreihen hindurch zu erhalten.

In einigen Fällen wurden fehlerhafte Platinen von einem Kunden zurückgeschickt und Newbury Electronics musste sie zur Röntgenanalyse an ein externes Unternehmen weiterleiten. Dies dauerte in der Regel drei Tage und der gesamte Vorgang (Röntgenprüfung, Fehlerbehebung und erneute Prüfung, um die volle Funktionstüchtigkeit der Leiterplatte zu bestätigen) kostete pro Leiterplatte etwa 130 Euro. „Als Subunternehmer handhaben wir jeden Tag zehn bis fünfzehn verschiedene Produktlinien und häufig wissen wir nicht, welche Produkte als nächstes zu fertigen sind. PCBAs sollten eigentlich so konzipiert sein, dass sie leicht überprüfbar sind, aber das sind sie nur in den seltensten Fällen“, erklärt Philip King, Geschäftsführer von Newbury Electronics. „Eine genaue Inspektion ist nicht nur nach einer Reparatur, sondern auch während der Serienfertigung wichtig. Die Ergebnisse können direkt in die Prozesskontrolle einfließen und sorgen somit für eine gleichbleibende Qualität. Je größer ein Produktionslauf ist, desto höher ist das Risiko, fehlerhafte Platten zu produzieren und Zeit und Geld zu verschwenden.”

Obgleich häufig Leiterplatten-Prototypen und kleine Lose bei Newbury produziert werden, erhielt das Unternehmen in jüngster Zeit Aufträge, die weitaus größere Volumina umfassten.

Beispielsweise hat Bare Conductive, eine

Leiterplattenbestückungen, die über der Röntgenquelle aufgespannt sind – bereit zur Prüfung

Unternehmensneugründung des Royal College of Art and Imperial College London, ein Produkt namens „Electric Paint“ (leitfähige Farbe) entwickelt. Für die individuelle Bearbeitung mit dieser Farbe werden Leiterplatten mit MultichannelLayout benötigt und Newbury Electronics fertigt dieses Jahr 15 000 Platinen für die Produkteinführung an. Senceive, eine Unternehmensneugründung des University College London (UCL), produziert funkgekoppelte Sensoren zur Erkennung von Bewegungen am Boden und in Gebäuden, die vermehrt beim Bau des EisenbahnVerkehrsprojekts „Crossrail“ zum Einsatz kommen. Dafür werden 1 000 PCBAs pro Jahr benötigt. Ein Röntgensystem war die einzig realistische Lösung für die Qualitätskontrolle dieses gestiegenen Produktionsvolumens.

Philip King hat den Markt daher mehrere Jahre lang erkundet. Die Fertigung eines besonders problematischen Leiterplatten-

Loses mit BGAs war letztendlich der Grund für die Investition in das XT V160 von Nikon Metrology, die auf einen Besuch im nahegelegenen Werk in Tring, Hertfordshire, folgte. Dieses Röntgeninspektionssystem bietet einen großzügigen Scanbereich von 400 mm x 400 mm, der groß genug für die meisten Leiterplatten ist. Zum umfangreichen Lieferumfang gehörte außerdem eine Steuerungs- und Analysesoftware.

Herr King erläutert weiter: „Eine Röntgenausrüstung im unteren Preissegment ist zwar kostengünstig, liefert aber dermaßen schlechte Bilder, dass sie praktisch nutzlos ist, insbesondere angesichts der zunehmenden Miniaturisierung der BGAs. Wir wussten, dass wir in absehbarer Zukunft nur ein Röntgensystem kaufen würden.

Wir entschieden uns daher für ein sehr leistungsfähiges Nikon-Modell mit variabler Vergrößerung, neigbarem Flachdetektor und einer leistungsstarken 160 kV/20W >>

News I Ausgabe 10

17

„

Newbury Electronics kann komplexe Baugruppen wie BGAs und QFNs nun genauso wie alle anderen Bauelemente mit der Gewissheit montieren, dass die Röntgenprüfung mögliche Defekte aufzeigen wird. Die eigenen Herstellungskosten und der Verkaufspreis für Leiterplatten konnten dadurch um bis zu 70 Prozent gesenkt werden.“ Philip King, Geschäftsführer von Newbury Electronics

Röntgenröhre, also eine gehobene Ausstattung im Vergleich zu dem, was sonst in der Leiterplattenprüfung üblich ist.”

Nur bei sehr dicht gepackten, mehrlagigen Leiterplatten, die beispielsweise mehrere Kupferschichten oder ein hohes Kupfergewicht besitzen, muss das Gerät mit höchster Leistung betrieben werden, um verwendbare Bilder zu erzeugen.

Ein Beispiel ist die Rückwandplatine, die Newbury Electronics für die Steuerung der Hydrogenzellen eines von einem F&EUnternehmen entwickelten Elektromotorrads anfertigt. Mit 2 500 Bauteilen sind diese Platinen besonders empfindlich für Qualitätsprobleme. Sie werden daher vom Nikon Metrology-System auf Herz und Nieren geprüft.

Das ausgesprochen gute Preis-/ Leistungsverhältnis war nicht der einzige Faktor, den es vor dem Kauf des Systems zu überlegen galt. Die Röntgenprüfung musste außerdem sehr stabile Ergebnisse liefern, da sich die Bildqualität durch Rauscheffekte verschlechtert hätte. Einer der Gründe, warum sich Herr King für das XT V160 entschieden hatte, waren die Nanofokusröntgenröhre und die hochentwickelten Bildverarbeitungsfunktionen.

Das PCgesteuerte elektromagnetische Objektiv sorgt für eine dauerhafte Fokussierung des Elektronenstrahls und vermeidet die Überhitzung des Targets. Dabei bleibt die Brennfleckgröße selbst bei hohen Stromstärken im Nanometerbereich. Er hält diese Merkmale für entscheidend bei der Erkennung möglicher Defekte, insbesondere in der Aufbau- und Verbindungstechnik der nächsten Generation.

18

BGA-Prüfung mit Unterstützung einer konzentrischen Bildgebung Bei der Betrachtung von BGALötverbindungen muss der Bediener ein klares Bild von der zu prüfenden Kugelverbindung haben. Gewöhnlich werden Neigungs- und Drehbewegungen zu diesem Zweck kombiniert und die Reihen Kugel für Kugel abgesucht. Beim XT V 160 übernimmt eine EinachsenSteuerung diese Aufgabe und es müssen nicht mehr, wie sonst üblich, drei Achsen bedient werden. Der Bediener kann sich somit mehr auf den Prüfprozess statt auf die Bedienung des Geräts konzentrieren.

Dank der konzentrischen Bildgebung kann der Betrachtungswinkel einfach um 360 Grad um den relevanten Bereich, der immer in der Mitte des Sichtfelds bleibt, gedreht werden.

Sobald ein Bereich auf der Leiterplatte identifiziert und in der Mitte des Sichtfelds positioniert wurde, verbleibt dieser an dieser Position, ganz gleich bei welcher Drehung, Neigung oder Vergrößerung. Für die Prüfung von BGA-Kugeln bedeutet dies einen großen Vorteil, der ohne besondere Fähigkeiten oder Training erreicht wird.

Eine sehr gute Auflösung und Vergrößerung sind Voraussetzungen für eine überragende Defekterkennung.

Die Röntgenröhre wurde speziell für eine Positionierung von Leiterplatten im 250 Mikrometerbereich des Brennflecks und eine bis zu 2400-fache Vergrößerung konstruiert. Die Leiterplatte kann in Schrägansichten von bis zu 75 Grad geprüft werden, die klare Bilder von Lötverbindungen und Durchkontaktierungen

ohne Verluste beim Energiepegel ermöglichen. Spezielle Analysefunktionen stehen für die Prüfung von Lunkern in Hableitergehäusen, Drahtbonden und BGA-Solder Bumps (dreidimensionale Kontaktstellen) zur Auswahl.

Niedrige Betriebskosten Nachdem Newbury Electronics seine Bedarfsermittlung abgeschlossen hatte, konzentrierte sich die Suche auf einige wenige Röntgensystemhersteller. Ein besonderes Merkmal des Nikon Metrology-Systems gab schließlich den Ausschlag für die Wahl des XT V 160: das „Open-Tube“-Design. Die Konstruktion mit einer offenen Röntgenröhre bedeutet nämlich, dass das Filament, das zur Erzeugung des Röntgenstrahls benötigt wird, alle sechs bis neun Monate für nur etwa 12 Euro ausgetauscht werden kann. Bei geschlossenen Röhrenkonstruktionen muss der Hersteller alle paar Jahre beauftragt werden, die Röhre auszutauschen. Dies kann bis zu 19 000 Euro kosten und bedeutet auf die Lebensdauer umgelegt unangemessen hohe Kosten. Der Austausch des Filaments im eigenen Haus reduziert die Ausfallzeit auf nur wenige Minuten statt auf Tage. „Dieser Aspekt des XT V 160 hat uns gefallen. Der Austausch des Filaments ist unproblematisch, dauert nur fünf Minuten und erfordert kaum Vorkenntnisse.

Das Geschäftsmodell von Nikon Metrology besteht nicht darin, den Kunden wiederholt zum Austausch einer teuren Röhre zu zwingen. Wir haben die sehr wettbewerbsfähigen Betriebskosten unseres Geräts einkalkuliert“, meint Herr King.

Dave Roe prüft die Ergebnisse der Röntgenprüfung. Der Doppelbildschirm ermöglicht eine kombinierte Messung und Echtzeitanalyse.

Nicht nur die Kosten der Leiterplattenhersteller werden gesenkt, sondern auch die ihrer Kunden. Herr King weist darauf hin, dass Newbury Electronics komplexe Baugruppen wie BGAs und QFNs nun genauso wie alle anderen Bauelemente mit der Gewissheit montieren kann, dass die Röntgenprüfung mögliche Defekte aufzeigen wird. Die eigenen Herstellungskosten und der Verkaufspreis für Leiterplatten konnten dadurch um bis zu 70 Prozent gesenkt werden. Den Beweis liefert der Leiterplatten Online-Kostenrechner des Unternehmens, der unter www.PCBtrain. co.uk zu finden ist.

Computertomografie für noch größere Flexibilität Der Flachdetektor des XT V 160 Röntgensystems wurde vorbereitet für die optionale CT- (Computertomografie) Prüfung geliefert. Die CT rekonstruiert ein 3D-Bild aus mehreren 2D-Röntgenstrahlen, die durch Winkelmessungen mit der steuerbaren Drehachse aufgenommen werden. Der Bediener kann das 3D-Bild anschließend virtuell drehen und Schnittbilder daraus erstellen.

Durch diese zusätzliche Funktionalität ist die Investition zukunftssicher, für den Fall, dass vollständige 3D-Bilder benötigt werden oder sich die Komplexität einer gedruckten Schaltung soweit erhöht, dass die

Standardansicht eines 2D-Bilds den Zwecken einer Qualitätskontrolle nicht mehr genügt.

Anders ausgedrückt ist Newbury Electronics mit dieser Investition bestens für die nächste Generation elektronischer Baugruppen und Packaging-Technologien gerüstet, ganz gleich, wie komplex diese werden.

Leiterplattenlieferung mit NullFehlerquote Dave Roe, leitender Produktionstechniker bei Newbury Electronics, bemerkt: „Seit wir das XT V 160 im Einsatz haben, wurde keine einzige Leiterplatte mit montierten BGAs als fehlerhaft retourniert.

Das System ist einfach sehr gut darin, mangelhafte QFN-Lötverbindungen und Kurzschlussbildungen zu finden. Deren Prüfung ist normalerweise sehr schwierig, da die Leiter unter Bauelementen verborgen sind.”

Herr King fügt hinzu: „Zuerst waren unsere Techniker skeptisch. Sie änderten aber schnell ihre Meinung, als sie sahen, wie sie Ergebnisse in Sekundenschnelle erhielten statt tagelang warten zu müssen, bis sie von einer externen Stelle geliefert wurden.”

Die zerstörungsfreien Prüfverfahren von XT V Systemen gehen über SMT-Anwendungen hinaus, und umfassen unter anderem

Durchsteckmontage, Drahtbonden und Wafer-Level-Verbindungen. Neben der Prüfung von Elektronikteilen eignen sich die Systeme außerdem für die Röntgenund CT-Prüfung verschiedenster kleiner Bauteile, wie Mikrosystemen (MEMS), die in der Unterhaltungselektronik (einschließlich Smartphones sowie Beschleunigungs-, Druck- und Kreiselsensoren) zum Einsatz kommen. Ebenso können kleine Bauteile, wie Kabel, Leitungssätze, Kunststoffteile, LED Beleuchtung, Schalter und Bauteile aus der Medizintechnik einfach geprüft werden.

Diesen Anwenderbericht herunterladen

News I Ausgabe 10

19

Anwenderbericht

Röntgeninspektion: SGC - SwitchGear Company schaltet einen Gang höher!

Eine Reihe von Switchgear Mittelspannungs-Schaltanlagen

Die SGC - SwitchGear Company hat ein CT-System mit Mikrofokusröntgenröhre von Nikon Metrology erworben, um die Produktentwicklung zu beschleunigen und hohe Qualitätsstandards für Zulieferteile zu sichern. Das 225 kV Röntgensystem wird in der Werkstattumgebung installiert. Es ermöglicht die zerstörungsfreie Qualitätsprüfung verschiedener Komponenten, die in den Mittelspannungs-Schaltanlagen des Unternehmens eingebaut werden. Gleichzeitig wird es für die Unversehrtheitskontrolle von geschweißten Baugruppen für SF6-gasisolierte Schaltanlagen eingesetzt.

SGC - SwitchGear Company ist ein schnell wachsender, unabhängiger Hersteller von Mittelspannungs-Schaltanlagen. Das Unternehmen blickt auf eine 35-jährige Firmengeschichte zurück und konzentriert sich vor allem auf die Entwicklung und Herstellung von Mittelspannungs-Schaltanlagen im Bereich zwischen 3 kV und 36 kV. Diese Anlagen können sowohl im Innen- als auch im Außenbereich eingesetzt werden und überzeugen durch Qualität und Sicherheit.

SwitchGear Schaltanlagen sind mit Schalttafeln für Privathaushalte vergleichbar, zeichnen sich jedoch durch eine ungleich höhere Spannung und Stromstärke aus. Diese Geräte sind für vielfältige Einsatzzwecke geeignet und werden in elektrischen Verteileranlagen,

20

Transformatorstationen, Windenergieanlagen, Fabriken etc. verwendet. Kundenzufriedenheit, Bedienerfreundlichkeit, Sicherheit und geringe Umweltauswirkungen sind die Antriebskräfte für die Produktentwicklung bei SGC - SwitchGear Company. SGC ist ein internationales Unternehmen mit Hauptsitz in Belgien und einem weltweiten Netz von Partnerunternehmen, beispielsweise in den USA, Afrika, China, Australien etc.

Seine Exporte sind in den letzten Jahren drastisch gestiegen.

Patrick De Clercq, technischer Projektmanager erklärt, dass der Qualitätsstandard für SGC Produkte hoch sei und die Produktlebensspanne mehr als 30 Jahre betrage. Um diese

Lebensspanne gewährleisten zu können, müsse die Produktqualität 100% kontrollierbar sein.

Die Kupferanschlüsse für die Hochspannungskabel werden in Isoliermaterial aus Epoxydharz versiegelt und in einem überdruckgekapselten, SF6-gasisoliertem Gehäuse untergebracht (SF6 ist die Abkürzung für Schwefelhexaflorid, ein Gas, das zur Isolierung von Stoffen in elektrischen Systemen verwendet wird). Poren oder Lufteinschlüsse in der Epoxidharzisolierung sind unbedingt zu vermeiden. Sie bergen das Risiko, dass sich im Innern Störlichtbögen bilden, die zu Explosionen und einer dauerhaften Beschädigung der Ausrüstung führen könnten.

Die SGC Schaltanlagen sind bekannt für die

entscheidend. Sobald Fehler im Prozess auftreten, werden Korrekturmaßnahmen ausgeführt.

Bei verschiedenen Teilen konnte SGC zeigen, dass die Komponenten innen Lunker aufwiesen oder die Dichtungen für hundertprozentig gekapselte Gehäuse von minderer Qualität waren.

Das Röntgenprüfsystem XT H 225 ST ist in der Werkstattumgebung installiert und auf die Farben der Marke SGC abgestimmt + Frederik Delobelle (rechts) und Patrick De Clercq (links)

nur sehr geringen Leistungsverluste während ihrer gesamten Lebensdauer. Einer der entscheidenden Faktoren ist die hohe Qualität der geschweißten Kabelanschlussräume, durch die SF6-Lecks ausgeschlossen werden.

Die Qualitätskontrolle dieser Komponenten und Prozesse (beispielsweise Schweißen von Verbindungen) ist folglich ein wichtiger Schritt im Fertigungsprozess.

Zeitraubende zerstörende Prüfverfahren Bis vor kurzem arbeitete SGC noch mit zerstörenden Prüfverfahren, um diese Epoxidharzkomponenten auf innenliegende Fehler zu untersuchen und die perfekte Passung des Kupferschlauchs im Expoxidharz zu prüfen. Dabei wurde das zu prüfende Teil in Scheiben geschnitten. Diese Prüfungen waren nicht nur sehr zeitraubend, sondern es war auch nur schwer erkennbar, ob die Fehler durch die zerstörende Prüfung selbst verursacht wurden oder direkt mit dem Fertigungsprozess in Zusammenhang standen. Mit dem Ziel, bessere Einblicke in die Qualität der Expoxidkomponenten zu erhalten, wurden die Vorteile der zerstörungsfreien Röntgenprüfung geprüft. Nach einer Beratungsphase, in der es darum ging, schon länger bestehende Probleme mit einer besonders problematischen Komponente zu lösen, war SGC davon überzeugt, dass die Röntgentechnik der richtige Weg für die Qualitätskontrolle von Kabelanschlüssen sei. Daraufhin startete die Projektplanung für den Einsatz eines Röntgensystems.

Auswahl des CT-Systems Bevor SGC sich für eine Investition in die Röntgentechnik entschied, führte das

Die mit Kupfer gefüllten Epoxidharzkomponenten sind für die Prüfung mit dem CT-System vorbereitet

Unternehmen verschiedene Vergleichstests mit unterschiedlichen Herstellern von Röntgen-/ CT-Systemen durch. Nachdem die CT-Bilder des Nikon Metrology-Systems die Informationen über die Komponenten lieferten, die SGC sich erhofft hatte, fiel die Entscheidung leicht. Patrick De Clercq berichtete, wie beeindruckt sie von den Ergebnissen der Röntgenprüfung gewesen seien. Die Tatsache, dass Nikon Metrology auch eine 225 kV Röntgenquelle angeboten habe, während andere Anbieter nur ein 180 kV System angeboten hätten, sei ebenfalls wichtig für die Entscheidung gewesen, das Nikon Metrology XT H 225 ST System zu wählen.

Je nachdem, welche Spannungsstärke der Bediener wählt, können Werkstoffe mit größerer Dicke oder höherer Dichte durchstrahlt werden.

Die 225 kV Röntgenquelle kann problemlos 12 cm dickes Expoxidharz durchdringen. Für die Durchstrahlung von Metallteilen kann sogar noch eine höhere Spannung erforderlich sein. Für ganz spezielle Röntgenscans können auch 450 kV oder 750 kV Systeme eingesetzt werden, die in Nikon Metrologys technischem Vorführzentrum besichtigt werden können.

Röntgenprüfsysteme helfen bei der Wahrung hoher Qualitätsstandards Unterdessen hat sich herausgestellt, dass Röntgen- und CT-Prüfsysteme auf sehr vielen Gebieten äußerst effektiv sind. Das unlängst installierte System wird eingesetzt, um die Qualität von Produkten zu prüfen, die SGC von externen Zulieferern erhält. Für Serienproduktionsteile wird die Röntgentechnik eingesetzt, um die Qualität durch Stichproben aus einem Los zu prüfen. Da SGC gemäß ISO 9001:2008 zertifiziert ist, ist eine konstante Überwachung der Produktqualität

Röntgenprüfsysteme tragen außerdem dazu bei, die Produktentwicklung zu beschleunigen.

SwitchGear Schaltanlagen bestehen aus vielen unterschiedlichen Werkstoffen, wie unter anderem Spritzguss-, Gummi- und Metallteilen. Fast alle Komponenten werden im eigenen Hause entwickelt und konstruiert.

Das Röntgenprüfsystem trägt nun dazu bei, den Prozess der Produktentwicklung zu beschleunigen, da es Inneneinblicke in die Prototypen gewährt. Für eine bestimmte Komponente hätten sie schon jahrelang nach einer Lösung gesucht, um den Herstellungsprozess für dieses Teil zu optimieren, erklärt Frederik Delobelle, Ingenieur der Forschungs- und Entwicklungsabteilung.

Dank der Röntgen- und CT-Aufnahmen sei ihnen klargeworden, was das wirkliche Problem war, sodass der Prozess binnen weniger Wochen korrigiert werden konnte. Ein weiterer wichtiger Vorteil der CT bestehe darin, dass sie nun die Möglichkeit hätten Zusammenbauteile auf ihre präzise Passung zu prüfen (d. h. die perfekte Ausrichtung der Kabelanschlüsse), ohne das Teil zerstören oder auseinanderbauen zu müssen.

Zukunftspläne SGC setzt gegenwärtig ein vollkommen neues Werk für den Zusammenbau eines neuen Switchgear-Produkts ein. Das Röntgensystem wird eine zentrale Rolle bei der Produktentwicklung, Qualitätskontrolle von Zulieferteilen und Optimierung der Produktionsabläufe spielen. Auch für SGCs Kunden ist es gut zu wissen, dass das Unternehmen modernste Technologien nutzt, um die hohen Qualitätsstandards und Sicherheit der eigenen Produkte zu gewährleisten.

Diesen Anwenderbericht herunterladen

News I Ausgabe 10

21

Anwenderbericht

Videomesssystem sichert die Qualität von Diamantdüsen für das Wasserstrahlschneiden Ein CNC-Videomesssystem unterstützt Diamond Technology Innovations (DTI) bei der Herstellung präziserer Diamantdüsen für das Wasserstrahlschneiden CNC-gesteuerte Wasserstrahlschneider sind hochentwickelte Komponenten einer Produktionsanlage. Sie bestehen aus Komponenten wie einer Pumpe, Verstärkern und beweglichen Schneidköpfen, die in der Lage sind, 3D-Teile zu fertigen.

Kernstück des Prozesses ist allerdings die Wasserdüse — eine Baugruppe, die häufig um einen Industrierubin, -saphir oder -diamanten montiert wird, um den Druck des Wasserstrahlschneiders zu bündeln und aufrechtzuerhalten. „Ohne die Düse ist das ganze System völlig nutzlos“, erklärt Ted Jernigan, Präsident von Diamond Technology Innovations located in Olympia, Washington.

Diese DTI Wasserdüsen auf Core-Diamantenbasis werden unter Verwendung eines NEXIV VMZ-R3020 CNC Videomesssystems von Nikon Metrology gemessen und geprüft.

22

Ein Rasterelektronenmikroskop wird verwendet, um dieses Bild einer DTI „Core“-Diamantdüse darzustellen.

Auf Genauigkeit kommt es an, da das Unternehmen Geometriemerkmale bis in den Mikrometerbereich messen muss

Die richtige Düse kann die Produktivität des gesamten Systems steigern. Mit über 30 Jahren Erfahrung in dieser Branche produziert Jernigans Unternehmen Diamantdüsen für das Wasserstrahlschneiden. Zur Sicherung von geometrischen Vorgaben wie Rundheit und anderer innenliegender Merkmale investierte DTI in ein CNC Videomesssystem von Nikon Metrology (Brighton, Michigan).

Durch den Einsatz dieses Systems haben sich die Messzeiten verkürzt und gleichzeitig stieg die Genauigkeit. Dies ist beispielsweise hilfreich, um geometrische Diskontuitäten an der Diamantdüse auszuschließen.

Laut DTI eignen sich Diamanten am besten für das Wasserstrahlschneiden, da sie auf der zehnstufigen Mohs-Skala zur Bestimmung der Mineralhärte den höchsten Wert erreichen. Talk ist mit Härte 1 das weichste Mineral auf der Skala. Rubine, die jahrelang zur Herstellung von Wasserdüsen verwendet wurden, erreichen den Härtegrad 9, während Diamanten die Härte 10 besitzen. Obgleich sich Diamanten auf der Mohs'schen Härteskala nur um eine Stufe von Rubinen unterscheiden, sind sie tatsächlich vier Mal härter, erklärt Jernigan. „Verglichen mit einem Diamanten, verhält sich ein Rubin wie Talkumpuder.“ Es kommt besonders auf die Härte der Düse an, da für das Schneiden extrem harter Materialien ein Schneidmittel, das sogenannte Abrasiv, zugesetzt werden muss.

Diese Abrasivmittel werden mit einem Druck von bis zu 7000 bar und Geschwindigkeiten von bis zu 3000 km/h (fast dreifache

Schallgeschwindigkeit) ausgestoßen. Diese Kombination aus Abrasiven, hohem Druck und Kraft kann jedoch schlecht konstruierte Düsen beschädigen, selbst wenn Diamanten eingebaut sind.

Dies liegt daran, dass Diamantdüsen scharfe Kanten, sogenannte Spannungsbrüche, enthalten können. Weitere Probleme, die bei Diamantdüsen auftreten können, sind minderwertiges Diamantenmaterial, minderwertige Materialien bei Halterungen und Retentionsverfahren, Fehlausrichtung zum Schneidkopf sowie unstimmige innenliegende Geometrien, wenn in der Fertigung nicht richtig gearbeitet wurde. All das kann Auswirkungen haben wie Leistungsverluste beim Wasserstrahl, vorzeitigen Verschleiß des Schneidkopfsystems, Effizienzverlust beim Schneiden und letztendlich einen frühzeitigen Ausfall der Düse.

Damit derartige Probleme gar nicht erst auftreten und die Diamantdüsen sorgfältig geprüft werden, setzt DTI das CNC Videomesssystem NEXIV VMZ-R3020 von Nikon Metrology ein. Das System verfügt über eine hochauflösende Zoomoptik, LED-Beleuchtung für Prüfungen im Mikrometerbereich, schnelle Bildverarbeitung sowie Routinen für die automatisierte Messung und Verarbeitung.

Das Videomesssystem von Nikon prüft, misst und protokolliert und ermöglicht DTI die Einrichtung von Programmen, die verschiedenste Werkstücke abdecken und den Prüfvorgaben des Unternehmens

DTI Diamantdüse in einer Nahaufnahme Laut DTI sind Diamanten am besten für das Wasserstrahlschneiden geeignet, da sie den höchsten Wert auf der zehnstufigen Mohs-Skala zur Bestimmung der Mineralhärte erreichen

gerecht werden. Vor dem Einsatz des NEXIV-Systems wurden Düsen bei DTI mithilfe eines hochauflösenden Mikroskops geprüft. Für einen kleinen Prozentsatz der Diamanten bedienten sie sich außerdem eines Rasterelektronenmikroskops an der örtlichen Universität. Damit konnten sie die Genauigkeit ihrer manuellen Messungen überprüfen.

Bei jedem Bildgebungssystem kommt es vor allem darauf an, ein Bild in hoher Qualität aufzunehmen, erklärt Dennis Fenn, Gebietsleiter bei Nikon Metrology. Die Nikon NEXIV Modelle besitzen eine Optik mit TTL (Through The Lens) Lasersystem und Kantenerkennungsalgorithmen. „Der TTL Laser fokussiert schnell und präzise, um Höhenunterschiede zu messen. Gleichzeitig kann er Oberflächen scannen und Punktewolken mit einer Datenerfassungsrate von bis zu 1 000 Punkten in der Sekunde generieren“, sagt Fenn. Darüber hinaus kann er die Ober- und Unterseiten von transparenten Schichten erkennen und somit die Dicke einer Schicht oder die Tiefe der angrenzenden Oberfläche messen.

Wie das Unternehmen feststellt, bieten die LED-Lichtquellen eine konstant hohe, von der Lichtintensität unbeeinflusste Farbtemperatur, durch die genauere Bilder und kürzere Messzeiten erzielt werden. Separate innere und äußere Beleuchtungsringe innerhalb der Lichtquelle können in unterschiedlichen Neigungswinkeln zur optischen Achse ausgerichtet werden. Damit werden Kanten erkennbar, die bei koaxialem >>

News I Ausgabe 10

23

Auflicht kaum sichtbar sind. Eine Funktion zur automatischen Bildfokussierung ermöglicht die schnelle Erkennung von Oberflächentopografien und kleiner, tiefliegender Bohrungen oder steiler Flächen.

Nach der Ausführung der Prüfprogramme können die Bilder in einer Teaching-Datei gespeichert werden. Das Videomesssystem kann dann bei den nächsten Messaufgaben auf diese Merkmale zurückgreifen. Für die Auswahl einer korrekten Kante aus mehreren Kantenoptionen können Regeln vorgegeben werden. Außerdem können Filter definiert werden, um Ausreißer auszuschließen und Fehler zu minimieren.

Bei jeder Programmausführung können automatisch Berichte mit Prüfergebnissen und Abbildungen erstellt werden.

DTI führt Prüfungen und Messungen bis zu einer Genauigkeit im Mikrometerbereich (ein millionstel Meter) durch. „Wir liefern unterschiedlichste Düsengrößen“, erklärt Adam Miranda, Leiter der für Diamanten zuständigen Abteilung. „Jeder Kunde stellt andere Anforderungen an das Schneiden mit unterschiedlichen Toleranzen und jeder OEM hat mit Sicherheit eigene Standards. Alle von uns gelieferten Produkte müssen so perfekt sein wie möglich.”

Die Rundheit einer Bohrung ist nicht das einzige Merkmal einer Düse, das gemessen werden muss. Im Innenbereich jeder Düse baut DTI einen Trichtereinsatz ein, der während des Betriebs für eine gleichmäßige Kraftverteilung im gesamten Bereich des Diamanten sorgt, um geometrische Diskontuitäten auszuschließen. Ohne diesen Einsatz könnten sich die Belastungsfelder vergrößern und zu Span- oder Rissbildung führen. Nicht nur in der Produktion sorgt die Verwendung des Nikon VMZ Videomesssystems für konstante Produktqualität, sondern auch durch die

24

Prüfung, Messung und Bestätigung von Streueigenschaften.

Merkmale bis in den Mikrometerbereich garantiert.”

Die „Core“-Diamanten von DTI werden in einem Prozess bearbeitet und gefertigt, der die Makellosigkeit des Rohdiamantenmaterials garantiert, scharfe Kanten eliminiert und erstklassige Werkstoffe für Halterungen und Retentionsverfahren verwendet. Er umfasst Ausrichtprozeduren für effektive Schnitte und stellt sicher, dass die innenliegende Struktur genau stimmt, damit eine präzise Durchflusskontrolle gewährleistet ist. Fällt beispielsweise eine Düse mitten in einem 40 Stunden währenden Glasschneidverfahren für ein Teleskopobjektiv aus, bedeutet dies, dass das ganze Teil unbrauchbar wird. Von einem Kunden erfuhr DTI, dass auf RubinBasis gefertige Wasserdüsen alle zwei Tage ausgewechselt werden mussten, wenn Titanteile geschnitten wurden. Im Gegensatz dazu hat die Core-Diamantdüse eine Lebensdauer von fünf Jahren.

DTI ist mit seinem neuen Videomesssystem sehr zufrieden, aber sogar noch mehr mit Nikons Kundendienst. „Herr Fenn zeigt uns immer die besten Möglichkeiten, Dinge einzurichten oder neue Funktionen einzubeziehen, wie beispielsweise einen Laser, der die genaue räumliche Position einer Fläche ermittelt und diese gleichzeitig analysiert“, erklärt Miranda.

„Wir legen im gesamten Fertigungsprozess Wert auf die Qualitätskontrolle“, erklärt der Geschäftsführer Perry Hanchey. „Wir prüfen, während wir produzieren, und jede Düse wird abschließend getestet. Eine Düse kann einen Außendurchmesser zwischen 1,02 mm und 1,78 mm haben, während der Innendurchmesser zwischen 0,08 und 0,51 mm betragen kann. Wir brauchen einfach einen Prozess, der die Genauigkeit einer Bohrung und anderer innenliegender

Diesen Anwenderbericht herunterladen

Laut Hanchey hebt sich DTI durch das hohe Niveau der eigenen Konstruktions- und Fertigungsprozesse vom Wettbewerb ab. „Dazu gehört die Fähigkeit, die eigene Konformität zu prüfen, zu messen und zu zertifizieren“, fährt er fort. „Dank der Schulungen, die wir erhalten, werden wir effizienter in unserer Produktion und unseren Qualitätskontrollprozessen. Und mit unserem Wachstum steigt gleichzeitig die Verlässlichkeit unserer Produkte.“

Flexible Inspektion, beispiellose Produktivität

Laser Radar KMG der nächtsten Generation für die Fertigung Für die Fahrzeugmontage ist die fortlaufende Überwachung der Prozessqualität während des Fertigungsprozesses unabdingbar. Die Position von Bohrungen, Nuten, Bolzen, Schweißnähten und anderen Elementen müssen während des Karosseriebaus (BIW) an den Fahrzeugen gemessen werden. Auch sind im Anschluss an die vollständige Fahrzeugmontage gründliche Spalt- und Bündigkeitsprüfungen an Türen oder Scharnieren durchzuführen. Diese Prüfungen stellen sicher, dass die Fahrzeuge innerhalb der strengen Toleranzvorgaben der Automobilhersteller gefertigt werden.

Moderne Prüfverfahren für die Fahrzeugmontage Die Durchführung dieser Maßhaltigkeitsprüfungen erfolgte früher entweder offline unter Verwendung von Horizontalarm-KMGs oder in der Fertigungsstraße unter Verwendung von zahlreichen Sensoren, die jeweils auf die einzelnen zu prüfenden Merkmale ausgerichtet waren.

Obgleich KMGs sehr präzise absolute Messwerte liefern, müssen sie in teuren Messlabors aufgestellt werden und können nur außerhalb der Fertigungsstraße eingesetzt werden. Ihre Einsatzmöglichkeiten beschränken sich daher auf Offline-Anwendungen. Es ist sehr zeitaufwändig, das Fahrzeug aus der Montagestraße zu entfernen, es am KMG aufzuspannen, auszurichten und am KMG zu messen. Bestenfalls können zwei Fahrzeuge pro Schicht an einem KMG geprüft werden. Angesichts der Tatsache, dass mehr als 1 000 Fahrzeuge pro Tag in einem einzigen Fahrzeugwerk gebaut werden können, ist diese Form der Qualitätskontrolle nicht besonders >> effektiv.

News I Ausgabe 10

25

Horizontales Doppelarmsystem für die Karosserieprüfung

Traditionelle Inline-Systeme können mit über 100 fest installierten Sensoren bestückt sein, die jeweils auf einzelne Merkmale am Fahrzeug ausgerichtet sind. Die Installation und Wartung dieser fest installierten Sensoren ist schwierig. Darüber hinaus liefern sie keine absoluten Messungen der Merkmale im Koordinatensystem des Fahrzeugs. Außerdem sind die meisten Montagestraßen nun „flexibel“, d.h. sie sind für die Herstellung von mehr als nur einem Fahrzeugtyp ausgelegt. Fest installierte Sensoren eignen sich nicht für den Einsatz an unterschiedlichen Fahrzeugtypen, da jeder Typ einen eigenen Satz von Sensoren benötigt.

Die neuesten Inline-Inspektionssysteme sind nun zu roboterbasierten Lösungen übergegangen.

Diese sind zwar flexibel, verlassen sich aber in puncto Positioniergenauigkeit auf den Roboter und sind daher in ihrer Leistungsfähigkeit begrenzt.

Das Laser Radar kann in jeder Roboterposition mehrere Messpunkte aufnehmen.

das Laser Radar nur den Bruchteil des zurückgegebenen Lasersignals. Es kann nahezu jede Oberfläche messen, einschließlich stark glänzender Rohbleche und sogar Lampen, die mit den typischen Inline-Scannern nur schwierig zu messen sind. Dank dieser robusten Messfähigkeit kann das Laser Radar sowohl für die Karosseriemessung als auch für Spaltund Bündigkeitsprüfungen bei fertigen Fahrzeugen eingesetzt werden.

Darüber hinaus hat das Laser Radar eine sehr große Reichweite (bis zu 50 m mit dem MV350) und kann daher problemlos großvolumige Objekte wie Fahrzeuge, LKW und sonstige Großfahrzeuge messen.

Laser Radar-Inspektion an der Montagestraße Mit Laser Radar bestückte Inspektionsstationen können neben der Montagestraße aufgestellt werden. Für die Inline-Inspektion wird das Laser Radar auf sechsarmigen Roboterarmen installiert, die sich an beiden Seiten der Fertigungslinie befinden. Diese Robotertypen kommen allgemein in Fahrzeugwerken zum Einsatz.

Sie sind sehr robust und können die zusätzliche Nutzlast eines Laser Radars mühelos handhaben.

Die Roboter werden verwendet, um das Laser Radar automatisch zu positionieren.

So können auch Bereiche geprüft werden, die außerhalb der Sichtverbindung einer

Das Laser Radar von Nikon Metrology Das Laser Radar ist eine einzigartige Alternative zu der Problematik, die mit den traditionellen Prüfverfahren einhergeht.

Es ermöglicht automatisierte, berührungslose Präzisionsmessungen unter Verwendung eines fokussierten Laserstrahls, der durch präzise Horizontal- und Vertikalantriebe gesteuert wird. Für eine Messung benötigt Spalt- und Bündigkeitsmessungen am Ende der Montagestraße

26

Merkmale, wie Lochbohrungen, Langlöcher, Bolzen, Stifte können schnell mit dem Laser Radar überprüft werden.

Maße und Positionen der Merkmale werden in absoluten Koordinaten gemessen

einzelnen Laser Radar-Position liegen. Wenn beispielsweise der Türrahmen oder andere Karosserieteile die Sicht auf die Merkmale eines Bodenblechs versperren, werden diese wieder sichtbar, wenn das Laser Radar an eine andere Position bewegt wird. Die Anbringung mehrerer Sensoren erübrigt sich somit.

Nachdem der Roboter das Laser Radar neu positioniert hat, werden Ausrichtungspunkte am Fahrzeug oder auf der Palette automatisch vom Laser Radar gemessen. Dies geschieht immer dann, wenn der Roboter das Laser Radar bewegt. Somit ist gewährleistet, dass alle Messungen innerhalb des FahrzeugKoordinatensystems aufgenommen werden. Zudem ist sichergestellt, dass die Messgenauigkeit unabhängig von der Fähigkeit der Roboter ist, das Laser Radar wiederholgenau zu positionieren.

Das Laser Radar kann an jeder Position des Fahrzeugs mehrere Messpunkte aufnehmen.

In der Prüfsoftware werden diese Messungen direkt aus dem CAD-Modell des Fahrzeugs vorprogrammiert.

Nach der ersten Programmierung erfolgt die Datenerfassung und Berichterstellung vollautomatisch.

Außerdem können für jeden Fahrzeugtyp und jedes Modell in der Fertigungsstraße eigene Prüfprogramme geschrieben werden – mit Laser Radar bestückte Inspektionsstationen sind somit absolut flexibel. Für das Hinzufügen weiterer Fahrzeugtypen muss der Prüfplan einfach nur umprogrammiert

werden. Physische Änderungen oder neue Geräte werden nicht benötigt.

Das Zusammenspiel zwischen Laser Radar, Roboter und Analysesoftware ist komplett aufeinander abgestimmt. Die Prüfungen erfolgen vollautomatisch, ohne manuelle Eingriffe während des gesamten Ablaufs.

Geschwindigkeit und Qualität der Messungen sind daher im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren höher.

Messtechnik bewährt und kommt in der Luftund Raumfahrt, bei erneuerbaren Energien und im Automobilsektor zum Einsatz.

Hauptmerkmale des Laser Radar Das Laser Radar ist ein programmierbares berührungsloses Messsystem mit einer Genauigkeit von < 0,1 mm über das gesamte Messvolumen eines Fahrzeugs. Das System kann vollständig automatisiert werden und Bohrungen, Bolzen sowie zahlreiche andere Merkmale präzise aus einem großen Abstand heraus messen. Kollisionsrisiken werden ausgeschaltet.

Das Laser Radar misst bis zu 2 000 Punkte/ Sekunde und eignet sich somit nicht nur zum Messen sondern auch zum Scannen von Oberflächen. Dank der OfflineProgrammierfunktion eignet sich das Laser Radar sehr gut für die Inline-Inspektion: Unterschiedliche Fahrzeugmodelle in derselben Montagestraße bedeuten einfach nur ein neues Prüfprogramm.

Das Laser Radar hat sich als Präzisionsinstrument in der industriellen

News I Ausgabe 10

27

NEWS10_DE_0615– Copyright Nikon Metrology NV 2015. Alle Rechte vorbehalten. Angaben sind gekürzt und dienen lediglich der allgemeinen Information. Änderungen vorbehalten.

NIKON METROLOGY NV

NIKON CORPORATION

Geldenaaksebaan 329 3001 Leuven, Belgien Telefon: +32 16 74 01 00 Fax: +32 16 74 01 03 Sales.NM@nikon.com

Shinagawa Intercity Tower C, 2-15-3, Konan, Minato-ku, Tokyo 108-6290 Japan Telefon: +81-3-6433-3701 Fax: +81-3-6433-3784 www.nikon-instruments.jp/eng/

NIKON METROLOGY EUROPE NV Tel.: +32 16 74 01 01 Sales.Europe.NM@nikon.com

NIKON METROLOGY, INC. Tel.: +1 810 2204360 Sales.US.NM@nikon.com

NIKON METROLOGY GMBH Tel.: +49 6023 91733-0 Sales.Germany.NM@nikon.com

NIKON METROLOGY UK LTD. Tel.: +44 1332 811349 Sales.UK.NM@nikon.com

NIKON METROLOGY SARL Tel.: +33 1 60 86 09 76 Sales.France.NM@nikon.com

NIKON INSTRUMENTS (SHANGHAI) CO. LTD. Tel.: +86 21 5836 0050 Tel.: +86 10 5869 2255 (Beijing office) Tel.: +86 20 3882 0550 (Guangzhou office) NIKON SINGAPORE PTE. LTD. Tel.: +65 6559 3618 nsg.industrial-sales@nikon.com NIKON MALAYSIA SDN. BHD. Tel.: +60 3 7809 3609 NIKON INSTRUMENTS KOREA CO. LTD. Tel.: +82 2 2186 8400

Weitere Niederlassungen und Vertretungen finden Sie unter www.nikonmetrology.com