CMM - Koordinatenmessgeräte haben einen langen Weg hinter sich und haben eine interessante Geschichte. Früher wurden alle Messungen mit Handwerkzeugen durchgeführt, was Konsistenz und Genauigkeit erschwerte. Von ihren Anfängen vor fast 60 Jahren bis hin zu den modernen KMGs haben sie jedoch den Qualitätskontrollprozess revolutioniert. Mit diesen automatisierten Technologien lassen sich nun präzise und genaue Messungen durchführen.
Derzeit werden jedes Jahr über 6000 Koordinatenmessgeräte hergestellt. Diese Zahl wächst mit dem technologischen Fortschritt. Die fortschrittlichen KMGs, die wir heute sehen, wurden durch zahlreiche Innovationen entwickelt und haben verschiedene Entwicklungsstufen durchlaufen. In diesem Artikel erfahren Sie mehr über die bemerkenswerte Geschichte der KMGs, die moderne KMG-Technologie und ihre Auswirkungen. Außerdem werden wir die Herausforderungen, Grenzen und Zukunftsaussichten erörtern. Fangen wir also an.
Die Ursprünge des Messens in der Fertigung
Die Fertigung war schon immer eng mit präzisen Messungen verbunden. Vor langer Zeit, in der Frühzeit, verwendeten auch die alten Zivilisationen verschiedene Messwerkzeuge. Ägyptische Steinmetze und römische Architekten entwickelten kalibrierte Seile und andere Standardmesswerkzeuge für genaue Messungen. Nach der industriellen Revolution wurden verschiedene andere manuelle Werkzeuge eingeführt. Dazu gehören Instrumente wie Messschieber und Mikrometer. Diese erfordern jedoch ein gewisses Fachwissen. Im Zuge des Fortschritts in der Industrie treibt der Bedarf an präzisen Geräten die Einführung der KMG-Technologie voran.
Die Anfänge der KMG-Technologie - Die Zeitleiste
Vor 60 Jahren - Die Geburt
Der Ursprung der KMG-Technologie liegt also bei der britischen Firma Ferranti. Es war das Unternehmen, das den ersten kommerziellen Computer der Welt herstellte. Dieses Ereignis liegt fast 60 Jahre zurück und ist einer der ersten Schritte in Richtung KMG. Die Maschine verfügte über eine 2-Achsen-Konfiguration. Sie wurde zur präzisen Vermessung relativ kleiner militärischer Bauteile eingesetzt.
1959 - Die Internationale Ausstellung für Werkzeugmaschinen
Auf der Internationalen Werkzeugmaschinenausstellung in Paris feierte das KMG sein Debüt in der Öffentlichkeit. Seitdem haben die KMGs die Präzision in der Qualitätskontrolle in verschiedenen Versionen revolutioniert.
1960 - Die ersten 3-Achsen-Koordinatenmessgeräte
Es gab zwar noch 3-Achsen-Maschinen, doch fehlte ihnen die digitale Anzeige. 10 Jahre später, 1960, wurde dann das erste stationäre 3-Achsen-KMG eingeführt. Es diente dem Zugriff auf die Raumkoordinaten der Objekte. Es wurde jedoch manuell, ohne Software, mit starren Tastern betrieben. Wer es auf den Markt gebracht hat, bleibt ein Rätsel, denn zwei Konkurrenten - Ferranti und DEA - behaupten, die Ersten gewesen zu sein. Zu dieser Zeit begannen auch große Unternehmen aus Ländern wie Japan, den USA, Frankreich und Deutschland mit der Herstellung von Dimensionsmessgeräten und schlossen sich dem Trend zu Maschinen an. Sie waren in verschiedenen Größen erhältlich und wurden von Unternehmen weltweit eingesetzt.
Nach 1970 - Die Umstellung auf CNC-CMMs
Die Einführung von CNC (Computer Numerical Control) bedeutete einen bedeutenden Durchbruch für die Fertigungsindustrie. Nach den 1970er Jahren fand eine Verlagerung von manuellen Systemen zu automatisierten Qualitätskontrollsystemen statt.
Jetzt können die Bediener die automatische Ziffernsteuerung zur Programmierung und Übertragung digitaler Anweisungen nutzen. Sie könnten Routinekontrollen durchführen, um einheitliche Ergebnisse zu gewährleisten.
CMM und Fortschritte in der Dimensionsmessung
Messtaster
Der kinematische Widerstandstaster, auch bekannt als schaltender Messtaster, war eine unglaubliche Erfindung von Sir David McMurtry. Er erkannte Berührungen und ermöglichte einen kontrollierten Überlauf, was eine präzise, wiederholbare Punktaufnahme ermöglichte. Es war eine wichtige Erfindung aus dem Jahr 1972, die es dem Flugzeug Concorde ermöglichte, bestimmte Anforderungen zu erfüllen. Diese Erfindung führte zur 3D-Messung. Außerdem ermöglichte sie automatisierte, wiederholbare Routinen in der Produktion.
3D-Systeme
Mit der Erfindung des Messtasters wurde die Leistung des klassischen 3-Achsen-KMG verbessert. Mit dem schaltenden Messtaster kann die Maschine präzise Punkte auf einer Oberfläche erfassen und ihre XYZ-Koordinaten aufzeichnen. Dadurch wurden 3D-Messungen schneller, genauer und einfacher zu automatisieren. Der motorisierte Messkopf reduzierte die manuelle Arbeit. Bis 1980 wurden zusätzliche Funktionen eingeführt. Dazu gehörten Tasterwechselgestelle und kostengünstige Scanning-Taster.
Hardware-Innovationen
Neben anderen Innovationen wurde auch die KMG-Hardware verbessert und steifer, leichter und haltbarer gestaltet. Infolgedessen wurde die Genauigkeit verbessert.
Darüber hinaus war die Verwendung von Messskalen eine wichtige Neuerung, die die Genauigkeit der Maschine in allen Umgebungen verbesserte. Der Granitsockel blieb im Entwurf erhalten.
Mit dem Fortschritt, der nach 1980 eintrat, als große Kräfte im Spiel waren, verlangten die neuen Sondentypen nach härteren Materialien. Daher wurden Siliziumkarbid-Sockel eingeführt. Sie boten eine robuste Struktur und bessere Eigenschaften.
Meteorologie-Software
In den 1980er Jahren wurde eine PC-basierte Messsoftware eingeführt. Es wurden mehr preisgünstige PCs verwendet, was zu einer verbesserten KMG-Genauigkeit führte. Außerdem wurden die Prüfkosten gesenkt. Wenzel, ein deutsches Unternehmen, brachte diese Messsoftware auf den Markt.
Optische portable KMGs
Weitere Fortschritte führten zu optischen, tragbaren KMGs. Dies führte zu einer verbesserten Effizienz, Tragbarkeit und Genauigkeit.
Die KMG-Technologie wird immer fortschrittlicher, je mehr Innovationen in das System integriert werden. Laserbasierte, berührungslose Antastsysteme bieten neue Einsatzmöglichkeiten.
Moderne CMM-Fähigkeiten
- Multi-Sensor-Messung: Kombiniert taktile Antriebe mit optischer und Laserabtastung. Es erfasst enge Toleranzen, scharfe Kanten und Freiformflächen in einem einzigen Durchgang.
- CAD-Ausrichtung und GD&T: Richtet Teile an CAD aus, wertet GD&T aus und erstellt übersichtliche, gemeinsam nutzbare Berichte für Audits und Kunden.
- Bereitschaft in den Betrieben: Tragbare Arme und Fertigungs-KMGs bewältigen Hitze, Vibrationen und gemischte Modelle in der Nähe der Produktion.
- Automatisierung und Geschwindigkeit: Motorisierte Köpfe, Sondengestelle und skriptgesteuerte Routinen verkürzen die Einrichtungszeit und reduzieren die Anzahl der Bediener.
- Zuverlässige Ergebnisse: Erzeugt nachvollziehbare, wiederholbare Daten, die Teams über Linien, Werke und Lieferanten hinweg vergleichen können.
Die Auswirkungen der modernen KMG-Technologie
Moderne KMGs verkürzen die Einführungszyklen und reduzieren den Ausschuss. Durch prozessbegleitende Prüfungen werden Abweichungen frühzeitig erkannt, so dass die Teams die Werkzeuge reparieren können, bevor sich Fehler ausbreiten. CAD-basierte Programme und SPC-Dashboards verbessern die Entscheidungsfindung und den Nachweis der Leistungsfähigkeit gegenüber den Kunden. Großvolumige Werkzeuge, Formen und Vorrichtungen können an Ort und Stelle überprüft werden, was die Zeit für das Aufrüsten und den Transport reduziert. Tragbare und robotergestützte Systeme unterstützen die Produktion gemischter Modelle, ohne die Fertigungslinie zu unterbrechen. Insgesamt erzielen die Betriebe eine höhere Ausbeute beim ersten Durchlauf, sauberere Audits und schnellere PPAPs mit weniger Nacharbeit.
Herausforderungen und Grenzen
KMGs benötigen nach wie vor eine stabile Aufspannung, saubere Teile und gute Bezugsstrategien. Thermische Verschiebungen, Vibrationen und schlechte Programmierung können die Genauigkeit beeinträchtigen. Komplexe Taster und Multi-Sensor-Setups erhöhen den Schulungsbedarf. Außerdem erhöhen sie die Wartungskosten.
Der Durchsatz kann zu Engpässen führen, wenn die Scans zu dicht sind oder die Programme nicht optimiert sind. Ein weiteres Risiko ist die Datenüberlastung, wenn die Ergebnisse nicht gefiltert, mit Trends versehen und mit Maßnahmen verknüpft werden. Die Integration mit MES/PLM und die Versionskontrolle müssen gut verwaltet werden, um eine "einzige Quelle der Wahrheit" zu erhalten.
Zukunftsaussichten
KMGs werden immer intelligenter, schneller und vernetzter eingesetzt. Erwarten Sie mehr Multi-Sensor-Arrays, höhere Scangeschwindigkeiten und eine stärkere Kompensation in der Werkstatt. KI wird Wege vorschlagen, Ausreißer erkennen und Stichproben für risikobasierte Inspektionen abstimmen.
Digitale Zwillinge werden Design, Prozesse und Messungen miteinander verknüpfen, um Echtzeit-Toleranz-Feedback zu liefern. Tragbare und robotergestützte KMGs werden die Vor-Ort-Prüfungen erweitern, während die Cloud-Berichterstattung die Qualität in allen Werken standardisieren wird. Das Ziel ist einfach: näher an der Produktion messen, früher entscheiden und die Qualität in großem Umfang vorhersehbar halten.
Schlussfolgerung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die fortschrittliche KMG-Technologie, die Sie heute sehen, das Ergebnis einer wunderbaren Geschichte ist. Sie ist verbunden mit kontinuierlicher Innovation, präzisen Messungen und einem Qualitätskontrollsystem. Doch die Innovation ist hier noch nicht zu Ende, sie wird sich weiter entwickeln. Sie wird die zukünftigen industriellen Prozesse beeinflussen und uns helfen, Wege zur Verbesserung der Genauigkeit zu finden. Mit der weit verbreiteten Anwendung dieser Maschinen in allen Industriezweigen sind KMGs ein Zeichen für eine bessere Zukunft.