Multisensorsysteme zur dimensionellen Qualitätsprüfung. Florian Mayer Application Engineer Software Management Stuttgart,

Transkript

1 Multisensorsysteme zur dimensionellen Qualitätsprüfung Florian Mayer Application Engineer Software Management Stuttgart,

2 Sparten 2014/15 Semiconductor Manufacturing Technology 893 Mio. Umsatz ~2.800 Mitarbeiter Research & Quality Technology 1,356 Mrd. Umsatz ~5.900 Mitarbeiter Medical Technology* 1,211 Mrd. Umsatz ~4.100 Mitarbeiter Vision Care / Consumer Optics 1,007 Mrd. Umsatz ~9.100 Mitarbeiter Stichtag: 30. September 2015 *Aufgrund unterschiedlicher Konsolidierungskreise weichen die Werte von den veröffentlichten Werten der Carl Zeiss Meditec AG ab. 2

3 Agenda Eigenschaften der 3D Produktgestalt Sensoren Multisensorik Zusammenfassung 3

4 Agenda Eigenschaften der 3D Produktgestalt Sensoren Multisensorik Zusammenfassung 4

5 Spezifikation und Funktion ,1 A 0, /-0,1 44 C A 0, /-0,1 40+/-0,1 100 Befestigung auf einer Trägerplatte 0,04 A 50 0,1 D D 0,05 0,02 C A Wellenlagerung Tolerierung nach/ Tolerances according to DIN ISO 8015 Rz 6.3 Rz 3.2 (zul. Abw.) ISO 2768 mh (Oberfläche) Maßstab 1:1 Gewicht 0,4 kg ISO 1302 St 52 (Benennung) Lagerbock (Zeichnungsnummer) SS2009 Quelle (Basis): Pfeifer, T.: Fertigungsmesstechnik, R. Oldenbourg Verlag,

6 Unterschiedliche Verfahren führen zu unterschiedlichen Ergebnissen W. Edward Deming*: "There is no true value of anything. (...). Change in the method of measuring (...) produces a new result." *Courtesy: W. Edward Deming's Foreword in Walter A. Shewhart's 1939 book Statistical Method from the Viewpoint of Quality Control (Dover Publications, 1986). 6

7 Es ist nicht immer so, wie es aussieht : Kantenunterschiede beim Kamerasensor und taktilem Sensor Beispiel: Kante an einem Stanzteil 94 0,5mm Quelle: Gabbia, A., Imkamp, D., Mayr, A., Wanner, J.: Erfahrungen bei der Abschätzung von Messunsicherheit und Prüfmitteleignung mit einem Prüfkörper für Koordinatenmessgeräte mit taktiler und Kamera-Sensorik, 6. VDI- Fachtagung Messunsicherheit 2013, Braunschweig, 5. bis 6. November 2013 tan 4 35μ 7

8 Agenda Eigenschaften der 3D Produktgestalt Sensoren Multisensorik Zusammenfassung 8

9 Bauteileigenschaften mit Einfluss bei der Messung der Gestalt Produktgestalt Form: z.b. Aspekt Verhältnis (Verhältnis zwischen Tiefe und Breite) Größe: z.b. Makround Mikrogestalt Materialeigenschaften Oberflächeneigenschaften: taktil und optisch Steifigkeit 9

10 Eignung optischer und taktile Sensoren zur Messung der Produktgestalt 10

11 Scanning ist heute die dominierende Technologie im Bereich der taktilen Messtechnik 1995: ca. 45% mit Scanning 2006: ca. 80% mit Scanning Anteil der ausgelieferten Koordinatenmessgeräte mit Scanning Technologie bei Carl Zeiss, Industrielle Messtechnik 11

12 Anwendungen für taktile Sensoren Erreichbarkeit von Merkmalen: lange und abgewinkelte Tasterkonfigurationen um die Ecke messen 12

13 Eignung optischer und taktile Sensoren zur Messung der Produktgestalt Taktil: "Punkt Sensor für alle Richtungen" => flexibel ohne Sensor bzw. Bauteildrehung

14 Eignung optischer und taktile Sensoren zur Messung der Produktgestalt Taktil: "Punkt Sensor für alle Richtungen" => flexibel ohne Sensor bzw. Bauteildrehung

15 Ausgangspunkt: Messmikroskop 15

16 Kamerasensor ViScan: Implementierung an einem Dreh-Schwenk-Gelenk Beispiel: ViScan Kantendetektion in der Kameraebene Beispiel: Radienmessung Autofocus senkrecht zur Kameraebene 16

17 Moderne Implementierung mit Kamera und Bildverarbeitung für Messungen in einem Schuss Durch Bildverarbeitung ermittelte Schlitzkanten Messaufgabe (0,16mm Schlitz): Schlitzbreite Parallelität Quelle: Imkamp, D., Bader, F., Franz, W.: Multisensorik vielfältig eingesetzt, Produktqualität taktil und optisch gesichert, in: VDI-Z, 145 (2003), Nr. 5, S

18 Wirkung unterschiedlicher Beleuchtung beim Einsatz von Kamerasensoren: Licht macht die Kante Steuerung der Beleuchtung in der Messsoftware Durchlicht Auflicht Koaxiallicht Auflicht Ringlicht Kamera Linsen Objekt Lichtquelle Bild 18

19 Eignung optischer und taktile Sensoren zur Messung der Produktgestalt Taktil: "Punkt Sensor für alle Richtungen" => flexibel ohne Sensor bzw. Bauteildrehung Kamera: "2D Flächen Sensor" => Schnell für kleine Strukturen

20 Konfokaler chromatischer Sensor Lichtleiter Spektrometer Messkopf Weißlichtquelle Werkstückoberfläche min max Messbereich Quelle: Michelt, B., Schulze, J.: Die Spektralfarben des Nanometers, chromatisch codierte Distanzmessung, in: Mikroproduktion, Carl Hanser Verlag, 2/2005, S

21 Messaufgaben für konfokale Sensoren: Kleine Strukturen 21

22 Eignung optischer und taktile Sensoren zur Messung der Produktgestalt Taktil: "Punkt Sensor für alle Richtungen" => flexibel ohne Sensor bzw. Bauteildrehung Kamera: "2D Flächen Sensor" => Schnell für kleine Strukturen Konfokal: "Abstandssensor für eine Richtung" => Schnell für kleine Strukturen

23 Lasertriangulation zur Abstandsmessung Prinzip Detektor Laserdiode Liniensensor "LineScan" Arbeitsabstand Bild-Quelle: MICRO-EPSILON MESS-TECHNIK GmbH & Co. KG Messbereich 23

24 Messaufgaben für Laserlinientriangulationssensoren: Flächige Bemusterung von Verkleidungen Messzeitreduzierung bei vergleichbarer Punktedichte um 95% 24

25 Eignung optischer und taktile Sensoren zur Messung der Produktgestalt: Die Applikation bestimmt den Sensor Taktil: "Punkt Sensor für alle Richtungen" => flexibel ohne Sensor bzw. Bauteildrehung Kamera: "2D Flächen Sensor" => Schnell für kleine Strukturen Konfokal: "Abstandssensor für eine Richtung" => Schnell für kleine Strukturen 0.2 Triangulation: "Linien Abstandssensor für eine Richtung" => Schnell mit hoher Punktdichte 25

26 Agenda Eigenschaften der 3D Produktgestalt Sensoren Multisensorik Zusammenfassung 26

27 Bauteile in der industriellen Produktion: Die Applikation bestimmt den Sensor 27

28 Bauteile in der industriellen Produktion: Die Applikation bestimmt den Sensor 28

29 3 Vorteile von Multisensorik: Schnell (1), Mannlos (2), ein gemeinsames Protokoll (3) 3 Protokolle 3 Messzeit A 5min Messzeit B 5min Messzeit C 5min Transport/Rüstzeit 5min Transport/Rüstzeit 5min Für 30 Teile: 1 30x25min=750min 60%mannlos 2 Einzelgeräte Multisensorik Geräte 1 Protokoll 3 Messzeit A+B+C=15min Für 30 Teile: 1 30x15min=450min 100% mannlos 2 29

30 Anwendungsbeispiel für kombinierten Sensoreinsatz (Multisensorik): Bestimmung der Dosiermenge bei einer Spritze Dosiermenge hängt ab von: Abstand der Markierungen Innendurchmessser Quelle: Imkamp, D.: Innovative process control with multisensoric measuring devices, MEDTEC Europe - Innovations Forum, Stuttgart 24th March

31 Multisensorkoordinatenmessgeräte mit parallel angeordneten Sensoren (links) und mit einwechselbaren Sensoren (rechts) taktiler Scanningsensor Kamera taktiler Sensor Kamera Laserlinien-Triangulationssensor Weißlichtsensor Quelle: Bauza, M., Imkamp, D.: The Future of Manufacturing Metrology A Roadmap from the Association of German Engineers, Technical Sessions at the 28th ASPE Annual Meeting, Saint Paul, Minnesota, USA, 2013 ( 31

32 Agenda Eigenschaften der 3D Produktgestalt Sensoren Multisensorik Zusammenfassung 32

33 Zusammenfassung: Optische 3D-Messtechnik an Multisensor-Koordinatenmessgeräten Es ist nicht immer so, wie es aussieht Die Applikation bestimmt den Sensor 0.2 Multisensorik ist mehr als die Summe der Sensoren Präsentation basiert auf: Imkamp, D., u.a. (2015): Optische 3D-Messtechnik an Multisensor-Koordinatenmessgeräten: Stand der Technik, Potentiale und Grenzen. Oberkochen. 33

34 34