Wie vielseitig der 3D-Scanner ModelMaker einsetzbar ist, demonstriert der Automobil-zulieferer ZF Friedrichshafen. Das Werk, das Tausende von Getriebe im Jahr herstellt, nutzt den ModelMaker in seinem Wareneingang für die Erstmusterprüfung, weil immer mehr Teile in 3D konstruiert werden. Zusätzlich wird viel Zeit bei der QS-Prüfung gespart, und die Messdaten stehen auch der Konstruktion zur Verfügung.

„Weil wir immer mehr Teile haben, die in 3D konstruiert sind“, begründet Roland Ehinger, Leiter der Qualitätssicherung bei ZF Friedrichshafen, die Investition des High-tech-3D-Scanners, „müssen wir die Erstmuster auch mit 3D-Technik kontrollieren.“ Und deshalb musste unbedingt ein 3D-Scanner ins Haus. Zuerst wurde ein externer Dienstleister mit dieser Arbeit beauftragt, später ein eigenes Gerät angeschafft. „Wir waren förmlich gezwungen, ins 3D-Thema einzusteigen“, beschreibt Ehinger die Motivation, „schließlich können wir als Teil der Prozesskette des bei uns eingesetzten CAD-Programms ProE nicht auf 3D-Messmittel verzichten.“ Gekauft wurde das gleiche Gerät, das auch der externe Dienstleister im Einsatz hatte und mit dem gute Erfahrungen gemacht wurden, der 3D-Scanner ModelMaker von DESCAM.

Heute, im April 2004, nach 15 Monaten, ist Michael Teufel, in der Abteilung Messtechnik zuständig für die Rohteilprüfung, natürlich perfekt und kennt den ModelMaker und seine Möglichkeiten in- und auswendig.

Michael Teufel, in der Abteilung Messtechnik bei ZF zuständig für die Rohteil-Prüfung, bei der Arbeit: Mit leichter Hand führt er den an einem 7-Achsen-Koordinaten-Messarm montierten Laserscanner ModelMaker.

Aber schon nach drei Tagen – so lange dauerte die Schulung vor Ort – konnte Michael Teufel selbständig arbeiten. Das liegt daran, dass der ModelMaker ein Bediener freundliches Gerät ist, das manuell bedient wird und aus einem Laserscanner und einem 7-Achsen-Koordinatenmessarm besteht. Auch die Datenerfassung ist höchst komfortabel. Das liegt zum einen an der kontinuierlichen Daten-Erfassung, die ein Bild des gescannten Objektes on-line auf dem Bildschirm darstellt. „Der den Scanner führende Mitarbeiter kann sofort erkennen, wo Datenlücken noch "weiße Flecken" erzeugen und mit dem Scanner diesen Bereich nochmals überstreichen und damit die fehlenden Daten erfassen“, beschreibt Sigmund Scriba, DESCAM-Geschäftsführer, den Ablauf. Zum anderen erfasst das Messsystem ModelMaker nach einmaliger Referenzierung alle Daten im Objekt-Koordinatensystem. Das liegt an der Konzeption des 7-Achsen-Koordinaten-messarms, der immer die absolute Position im Raum angibt, weil sich in jedem Gelenk ein Drehgeber befindet. „Und auch die Verantwortlichen bei ZF haben sehr schnell erkannt“, setzt Sigmund Scriba noch eins drauf, „dass sie auch Unterseiten, steile Flächen und Hinterschnitte bequem erfassen können.“

Gerade das ist für die ZF ein wesentliches Plus des ModelMaker, „weil wir schneller zu besseren Ergebnissen kommen wollen“, wie Roland Ehinger erläutert.

Das „tägliche Brot“ des bei ZF in Friedrichshafen eingesetzten 3D-Laserscanners ModelMaker:
Der Kupplungsträger für ein Busgetriebe.

„Die Prüfung des Kupplungsträgers eines Busgetriebes dauert mit dem Laserscanner nur 4 Tage“, quantifiziert Michael Teufel die Zeitersparnis, „während wir mit der taktilen Methode bis zu zwei Wochen gebraucht haben.“ Und dann waren die Daten noch nicht einmal so komplett wie beim ModelMaker. Das ist auch nicht verwunderlich, schließlich sind die Alu-Druckgussteile von ZF sehr komplex und strotzen nur so von komplizierten Geometrien. Da lassen sich etliche gar nicht erst erfassen.

Anders mit dem ModelMaker: „Mit dem Laserstrahl des 3D-Scanners komme ich überall hin und kann sogar schwer zugängliche Geometrien sicher erfassen“, freut sich Michael Teufel. Dabei hält er den Lasersscanner in seiner Hand und führt den Lichtstreifen einfach über das zu scannende Objekt. Und weil er auf dem Bildschirm sofort das Ergebnis seiner Arbeit sieht, weiß der geübte Digitalisierer auch, ob er alle notwendigen Daten sauber erfasst hat.

Am Bildschirm wird sofort nach Überstreichen des Teiles mit dem Laserstrahl des ModelMakers das Scanergebnis brillant dargestellt.

Dabei ist seine Gewichtsbelastung denkbar gering, denn der Scanner selbst wiegt nur rund 500 Gramm, und der Gewichtsanteil des 7-Achsen-Koordinatenmessarms ist kaum größer. Das schwerste Objekt in diesem System ist der menschliche Arm selbst. Aber das ist kein Problem: „Auch nach einem 8-Stunden-Tag“, hat Scriba bei sich selber festgestellt, „gibt es keine Verspannungen oder einen überlasteten Arm.“

Die Hauptaufgabe der Rohteilprüfung besteht in der Vermessung von Erstmustern – und von denen hat Michael Teufel ein bis zwei Stück pro Woche, Tendenz steigend. Dabei profitiert nicht nur der Waren-Eingang von den Vorteilen des DESCAM 3D-Scanners ModelMaker, sondern auch die Konstruktion. Denn: „Jede Vermessung wird mit der Konstruktion abgestimmt, die Daten werden nach dorthin zurückgeführt“, wie Roland Ehinger den ZF-Ablauf erklärt, „sodass eventuelle konstruktive Änderungen äußerst komfortabel bearbeitet werden können.“ Umgekehrt kann Michael Teufel die vom Erstmuster-Teil abgenommenen Messdaten sofort mit dem ProE-Datensatz der Konstruktion vergleichen und die Abweichungen dokumentieren. „So kann der Werker an der CNC-Maschine schon drei Tage vor Pro-duktionsbeginn über die Korrekturdaten informiert werden“, beschreibt Michael Teufel einen weiteren Vorteil des ModelMaker-Einsatzes. Genauso ist der Ablauf bei einer Nachbemusterung und bei Änderungen am Bauteil – alle werden wie ein Erstmuster behandelt. Sämtliche Messprotokolle begleiten das Teil über seine gesamte Lebensdauer.

Dabei ist es gar nicht das Ziel, dem ZF-Lieferanten die Arbeit abzunehmen. Vielmehr prüft Michael Teufel nur, ob die vom Lieferanten erstellten Protokolle auch richtig sind. Hier wirkt sich oft die Erfahrung und der „richtige Riecher“ des geübte Digitalisierers aus, der schnell die kritischen Stellen erkennt dann genau dort seine Kontrollmessung durchführt. Umgekehrt wird Michael Teufel auch von den eigenen Kollegen für alle Fragen hinzu-gezogen, die Maße betreffen.

Der ModelMaker ist im Wareneingang von ZF mit seinem Magnetfuß auf einer mit T-Nuten versehenen Platte fest installiert und kann sofort eingesetzt werden. Die Bauteile, sie werden auf einem Rundtisch gespannt, müssen lediglich mit einer mattweißen Farbschicht besprüht werden, um Reflektionen des Laserlichtes zu vermeiden. Das allerdings nur im Innenbereich der Getriebegehäuse, denn die oft gekrümmten Außenflächen lassen sich ohne Probleme scannen. ZF benutzt für die Mess-aufgaben wegen der detaillierten Strukturen den Sensor W 35 mit einer Laserstreifenbreite von 35 mm (der Punktabstand im Streifen beträgt 0,1 mm). ModelMaker ist aber auch mit dem Sensor W 70 mit einer Laserstreifenbreite von 70 mm (der Punktabstand im Streifen beträgt 0,2 mm) und dem Sensor W 140 (Laserstreifenbreite 140 mm, Punktabstand 0,4 mm) lieferbar, die zum Einsatz kommen, wenn es sich um größere Objekte handelt. Aber selbst dann, wenn ZF noch größere Getriebegehäuse bauen und damit auch prüfen müsste, bleibt der 3D-Scanner mit dem Sensor W 70 für ZF die richtige Wahl.

Und wie sieht es mit der Wirtschaftlichkeit beim Einsatz des DESCAM-ModelMakers aus? „Diese Frage hatte für uns nur untergeordnete Bedeutung“, antwortet Roland Ehinger, „weil wir technologisch praktisch gezwungen waren, ein 3D-Messmittel anzuschaffen.“ Dass die Kostenfrage doch eine gewisse Bedeutung hat, macht die Entscheidung deutlich, den externen Anbieter der 3D-Scanner-Dienstleistung durch ein eigenes ModelMaker-System zu ersetzen. Doch damit nicht genug. ZF konnte durch die Anschaffung des ModelMaker auch einen dritten Mitarbeiter in der Wareneingangs-kontrolle einsparen und kann dennoch den gestiegenen Messbedarf decken.