Aktualisierung der Inspektionsmethoden, um mit dem Tempo der Geschäftsumfeldes Schritt zu halten
InnovMetric und 3D Scan IT helfen Eifel Inc., die Lieferzeiten für Spritzgussformen zu halbieren und die Gewinnspannen zu erhalten.
Eifel Inc. ist ein führendes Unternehmen für die Herstellung von Produktions- und Prototypenwerkzeugen für die Automobilinnenausstattung. Sie bieten auch Werkzeuge für die Medizin- und Luftfahrtindustrie an und sind auf die Produktentwicklung bis hin zur Herstellung von Werkzeugen spezialisiert. Sie bauen Formen für Produkte wie Lenkräder, Airbag-Gehäuse, Mittelkonsolen, Scheinwerfer, Sitzrückwände und Nachrüstteile.
Eifel wird oft angerufen, wenn ein Tier-Eins-Lieferant Unterstützung bei der Konstruktion, dem Design und dem Werkzeugbau benötigt. Oder um die Produktion schnell zu starten, nachdem sich die technischen Überlegungen oder die Verhandlungen mit dem Lieferanten zu lange hingezogen haben, oder um Ersatzwerkzeuge zu bauen, wenn Fehler von ausländischen Zulieferern nicht durch Nacharbeit behoben werden können.
Die Herausforderung
Vor dem Scannen und der punktwolkenbasierten Prüfung mussten sich die Formenbauer mit Punkt-für-Punkt-Methoden begnügen, die für Hersteller entwickelt wurden. Diese Methoden waren jedoch für Werkzeuge und Formteile nie geeignet, da sie mehr als 99 % der Oberfläche ungeprüft ließen.
Für die taktile Abtastung waren Koordinatenmessgeräte (KMG) erforderlich, die Daten von einem 3D-Punkt nach dem anderen erfassten, so dass es Tage dauerte, bis die Ergebnisse der KMGs vorlagen. „Mit ein paar hundert Antastpunkten kann man nicht davon ausgehen, alle potenziellen Oberflächenprobleme in einem Formhohlraum zu erfassen“, so Richard Hecker, Präsident von Eifel Inc. „Wegen Dingen wie Unebenheiten und Absenkungen und harten Linien zwischen benachbarten Flächen, die sich eigentlich nahtlos aneinander anschließen sollten.“ Er fügt hinzu: „Deshalb habe ich mein KMG verkauft und verwende 3D Scan IT und PolyWorks® für meine Oberflächenprüfungen der Klasse A.“
Eifel und seine Kunden konzentrieren sich auf das, was die Autoindustrie als Class-A-Oberflächen bezeichnet – Oberflächen, die in den Ausstellungsräumen der Händler gut sichtbar sind. Im hart umkämpften Automobilgeschäft ist Styling alles. Bei der Net-Shape-Bearbeitung werden hochpräzise Werkzeugmaschinen und numerische Computersteuerungen (CNC) eingesetzt, um Metall genau nach dem mathematischen Modell zu schneiden, d. h. nach den CAD-Daten, die das Teil definieren.
„Was sich im Formenbau geändert hat, ist, dass Oberflächen der Klasse A jetzt messbar sind. Das bedeutete, dass der Formenbauer nach den Vorgaben prüfen konnte, was die Net-Shape-Bearbeitung zu einer praktischen Lösung für den Formenbau machte“, so Hecker. Für die Eifel bedeutete dies eine Chance. Seine Antwort bestand darin, die Dienstleistungen des Unternehmens auf die Bereiche Design und Technik auszuweiten, den Schwerpunkt auf Airbags und Lenkräder zu verlagern und Punktwolken-Prüftechniken mit hoher Dichte in jeden Aspekt des Tagesgeschäfts zu integrieren.
Die Inspektion mit Scanning verbindet all dies bei Eifel.
Die Lösung
Die Eifel-Lösung für Autoliv
Für Autoliv erbringt Eifel Dienstleistungen im Bereich Werkzeugkonstruktion und -bau und stellt Formen für alle sechs Komponenten eines Fahrerairbagsystems her. Jedes Werkzeugprogramm umfasst das Airbag-Gehäuse, die Zierblende des Lenkrads sowie die Tasten für den Tempomat und das Audiosystem.
„Eifel erfüllt einen wachsenden Bedarf der Tier Eins Lieferanten“, so Hecker. „Sie wollen Werkzeuglieferanten, die ein Projekt von Anfang bis Ende schnell abwickeln können, von der ersten Skizze, auch wenn sie auf der Rückseite eines Briefumschlags steht, bis hin zu den Unterbaulinien.“ Sein integriertes Design- und Fertigungsgeschäft bezeichnet er als Simultane Produktentwicklung und -fertigung (SPDM). „Wir sind nicht nur ein alleinstehender Werkzeugbauer oder ein alleinstehendes Designbüro. Wir sind ein Zentrum für Produktentwicklung.“
Das Wichtigste im Formenbau ist die Vermeidung von Werkzeugkonstruktionen, die nicht hergestellt werden können. Das erfordert eine ständige Kommunikation zwischen den Konstrukteuren, Ingenieuren und Maschinenbauern, die für jeden Auftrag ein funktionsübergreifendes Team bilden. Sie ist das Herzstück der SPDM bei Eifel.
Bei SPDM muss jeder Schritt des Formenbaus durch eine Inspektion validiert werden, weshalb 3D Scan IT während des gesamten Design- und Fertigungsprozesses eine wichtige Rolle spielt. Mit dem Zweikamera-Scanner Imetric-IScan White Light prüft 3D Scan IT jeden Auftrag im Formenbau in jeder wichtigen Phase:
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Prototypenwerkzeuge aus Aluminium
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Formproben und Produktion mit niedriger Anfangsquote
- Produktionsfertige, hochvolumige Stahlwerkzeuge
„Die Inspektionen geben uns die Gewissheit, dass in Bezug auf die Maße alles in Ordnung ist, so dass wir unseren Kunden versichern können, dass sie beruhigt sein können.“
Vern Phillips, leitender Ingenieur, Airbags und Lenkräder, Autoliv, Nordamerika
Die Lösung von 3D Scan IT bei Eifel
Weißlicht-Scanning und punktwolkenbasierte Inspektion untermauern die SPDM-Geschäftsstrategie von Hecker an jedem Entscheidungspunkt. Sie liefern die Daten, auf die sich die Eifel-Ingenieure und ihre Kunden bei ihren Entscheidungen über den Werkzeugbau stützen. „Jeder Schritt der Prozessüberprüfung beschleunigt den Formenbau und macht ihn zuverlässiger. Alle Probleme sollte im Vorfeld anansprochen werden“, erklärt Bob Squier, Präsident von 3D Scan IT.
InnovMetric’s Lösung für 3D Scan IT
In einer Minute oder weniger wird die geprüfte Oberfläche durch Scannen mit Millionen von 3D-Punkten versehen. „Für uns konvertiert PolyWorks alle überlappenden Scandaten in ein einziges polygonales Oberflächenmodell“, so Squier. „In nur wenigen Minuten werden die 3D-Punktdaten um 95 % oder mehr auf eine überschaubare Dateigröße reduziert. Dieses polygonale Modell wird dann mit dem mathematischen Modell aus dem CAD-System des Kunden abgeglichen.“
Millionen von Punkten für die Bewertung der Qualität von Formen
Die Daten wurden mit dem Imetric IScan V, einem Weißlicht-Digitalisierungssystem, erfasst. Das Scanningsystem wurde für ein Volumen von 150 mm kalibriert, was eine Punktauflösung/einen Punktabstand von 0,080 mm ergibt. Das sind mehr als 150 Punkte pro Quadratmillimeter.
Der IScan V Scanner funktioniert wie eine 3D-Kamera. Für jedes Pixel in der Kamera wird eine 3D-Koordinate berechnet. Daher können für jedes 3D-Bild oder jeden Scan 1,3 Millionen Punkte gemessen werden. Da nicht alle Merkmale des Teils von einem einzigen Standpunkt aus gesehen werden können, werden mehrere Scans erfasst und anhand gemeinsamer Navigationspunkte ausgerichtet.
Punktwolkenbasierte Inspektion in PolyWorks
Nach einem 100 %igen Objektscan wurden die Daten zu einem polygonalen Modell zusammengefügt. Die IMMerge-Funktionalität ermöglicht eine drastische Verkleinerung der Punktwolke für reibungslosere und schnellere Prüfzeiten. Dieses Polygonmodell wurde dann über IGES auf das bereitgestellte CAD-Modell geprüft. In Verbindung mit dem Ausrichtungsschema für die Teile wurde eine Best-Fit-Ausrichtung verwendet. Mit der zusätzlichen Vielseitigkeit der Makrofunktionalität wurde ein interaktives Inspektionsmakro für alle Teile durchgeführt, um die Wiederholbarkeit des Inspektionsprozesses zu gewährleisten und die Geschwindigkeit zu erhöhen.
Dieses Inspektionsmakro hat die folgenden Inspektionselemente durchgeführt: Best-Fit-Ausrichtung, Vergleich mit der Referenz, Schnappschuss-Berichtsbilder (aus vordefinierten Perspektiven aufgenommen), F<-Elemente (geprüft mit allen relevanten Bezugsausrichtungen), Vergleichspunkte (für einen diskreten Punkt, für ein KMG-ähnliches Prüfergebnis) und Randpunkte & Kantenpunkte (unter Verwendung der Funktionen für Fehleranmerkungen). Alle Ergebnisse wurden im PolyWorks EZLayout-Berichtstool erfasst.
Das Inspektionsmakro fügte alle gemeldeten Inspektionselemente automatisch in ein standardisiertes Inspektionsberichtslayout mit dem EZLayout-Tool ein. Dieser Bericht wurde dann ausgedruckt und als PDF-Datei zur Überprüfung verteilt.
Imetric IScan V Digitalisierungssystem
Die Vorteile
Im Tier-Eins-Automobilgeschäft – einem Markt mit geringer Fehlerakzeptanz – kann der Einfluss des Scannens und der punktwolkenbasierten Prüfung auf die SPDM-Geschäftsstrategie von Eifel kaum überschätzt werden. SPDM hängt von genauen Oberflächendaten ab, und alle anderen Systeme und Technologien der Eifel wären ohne diese Daten weit weniger effektiv.
Die Geschwindigkeit, der Umfang und die Genauigkeit der punktwolkenbasierten Prüfung ermöglichen Durchlaufzeiten, mit denen ausländische Formenbauer nicht mithalten können.
Dank der Scanning- und Punktwolken-Inspektionsmethoden „haben wir immer vollständig validierte Daten, so dass wir immer sicher sind, welche Oberflächen wir bearbeiten“, so Hecker. „Wir wissen, dass wir die Werkzeuge exakt nach dem Urmodell bauen, dass die Abmessungen und Toleranzen der Formteile korrekt sind und dass es keine harten Linien gibt, wo eigentlich glatte Oberflächen sein sollten.“
Er fügte hinzu, dass „das Scannen auch die Anpassung an technische Änderungen erleichtert. Ein geändertes Teil kann schnell erneut gescannt und mit seiner vorherigen 3D-Form verglichen werden. All diese guten Vergleichsdaten verbessern unsere Planung des kritischen Pfades. Wir und unsere Kunden wissen, dass wir pünktlich fertig werden.“
Sicherstellen, dass die Unternehmensumwandlung auf Kurs bleibt
Eifel hat durch SPDM und Inspektion enorme Geschäftszuwächse erfahren – kontinuierliche Steigerung des Umsatzes, Halbierung der Lieferzeiten und Beibehaltung der Gewinnspannen in einem sehr schwierigen Markt.
Hecker sieht die Vorteile des Scannens und der punktwolkenbasierten Inspektion in folgenden Punkten:
- Vervielfachung der für wichtige Werkzeugentscheidungen verfügbaren Zeit, mehr Zeit zum Nachdenken und Reagieren
- Ein Quantensprung in der Qualitätssicherung, bei dem kein Oberflächenfehler übersehen wurde
- Ein dringend benötigter Wettbewerbsvorteil gegenüber Formenbauern mit niedrigen Lohnkosten, die oft Fehler bei der Berechnung von Schrumpfungen und Verzug machen und andere entscheidende Details übersehen
- Verbesserung der Planung des kritischen Pfades dank korrekter, schneller und vergleichbarer Daten
- Mit Autoliv die Glaubwürdigkeit von Eifel festigen
Die Vorteile für Autoliv sind fast ebenso gewaltig
Phillips hat sie wie folgt zusammengefasst:
- Dank der hervorragenden Informationen, die jetzt in der PolyWorks-Farbkarte zur Verfügung stehen, kann die Schrumpfung des Teils durch den Vergleich des endgültigen Formteils mit dem Master-CAD-Modell beurteilt werden
- Die Sicherheit, dass die Werkzeuge bei der Materialschrumpfung absolut korrekt sind, dank der Schließung von Informationskreisläufen mit 100 %iger Kontrolle in jeder Phase
- Die Möglichkeit, Oberflächen ohne die Verformungen zu prüfen, die beim Einspannen in eine Prüfvorrichtung entstehen, der bevorzugten Methode der Automobilindustrie zur Überprüfung von Maßen
- Aufrechterhaltung eines hohen Maßes an Glaubwürdigkeit für Autoliv bei seinen Kunden
Hecker fasst zusammen: „Eifel setzt auf Scanning und punktuelle Cloud-basierte Inspektion, um sicherzustellen, dass die SPDM-Geschäftsstrategie auf dem richtigen Weg ist und wir die Vorteile nutzen können.“
