This work presents the systematics of production metrology starting from the inspection planning, across the recording of the inspected data up to the evaluation of this data. On the one hand, the reader will be supplied with basic knowledge for the understanding of the presented procedures and their practical use. On the other hand, he will also learn about the importance of production metrology for quality control in production processes. It is not only an indispensable reference book for the daily work of the engineer, but also a invaluable and easy to read text book for students. As a supplement for the studies, the book gives a fast overlook to the basics of production metrology and, at the same time, shows how this knowledge is put into practice.

Das Standardwerk fur Ingenieure und Chemiker aus der Praxis, die fast nie mehr die Zeit finden, sich die notwendigen Grundlagen in der weit verstreuten Fachliteratur zusammenzusuchen. Fur Studenten hat es sich als klassisches Repetitorium etabliert."

Ein Buch zum 100-jahrigen Bestehen des Laboratoriums fur Werkzeugmaschinen und Betriebslehre der RWTH Aachen, kurz Werkzeugmaschinenlabor (WZL) genannt. Ausfuhrlich beschreibt es die Entwicklungsgeschichte von der kleinen Versuchswerkstatt im Keller zu einem der grossten und leistungsfahigsten Hochschulinstitute in Europa. Mit 32 Fachbeitragen zu Forschungsschwerpunkten, die das WZL initiierte. Plus: Habilitationen, Dissertationen, Kolloquien."

Die Komplexitat moderner Produkte und die Notwendigkeit Fertigungsprozesse noch reaktionsschneller an die individuellen, haufig sehr variantenreichen K- denbedurfnisse anzupassen, zwingen die Unternehmen zunehmend, ihre Produk- onsanlagen hin zu hochflexiblen, wandlungsfahigen Einheiten umzugestalten. Damit einher geht die Forderung nach einem maximalen Grad an Autonomie in der operativen Ebene, um Produktionsprozesse uber einen langeren Zeitraum f- xibel, zuverlassig und vor allem stoerungsfrei durchzufuhren. Um die Voraussetzungen fur diese Produktionseinrichtungen zu schaffen, - stehen die gegenwartigen Ziele darin, die Funktionalitat und die Leistungsfah- keit von Produktionsanlagen zu erweitern, um den hohen Grad an Selbststand- keit zu erreichen. Dieser Handlungsbedarf wurde von mehreren Forschungseinrichtungen der RWTH Aachen aufgegriffen und fuhrte dort zur Einrichtung des Sonderf- schungsbereichs (SFB) 368. Zahlreiche Erfindungen und Impulse fur die Industrie und Forschung sind im Rahmen der zwoelfjahrigen Laufzeit aus dem Sonderf- schungsbereich hervorgegangen. Durch einen fruhzeitigen und intensiven A- tausch mit der Praxis konnten die Ergebnisse kontinuierlich an die sich weitere- wickelten Bedurfnisse der Unternehmen angepasst sowie durch neue Technologien erweitert werden. Der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), namentlich Frau Dr. Grindel, Herrn Dr. Heil, Frau Dr. Hilger, Herrn Dr. Hollmann, Frau Dr. Konze-Thomas, Frau Dr. Retz-Schmidt, Herrn Verschragen und Herrn Dr. Wehrberger, moechten wir fur die fruhzeitige Einsicht in die Bedeutung dieses Themas sowie fur die - fangreiche Unterstutzung uber den gesamten Projektverlauf herzlich danken. Durch ihre Hilfe wurde es moeglich, im Rahmen dieses Buches eine Vielzahl von Konzepten und Loesungsansatzen zum Thema autonome Produktion fur Forschung und Praxis zu geben.

Der Leitfaden stellt konkrete Methoden und Werkzeuge vor, um rechnergestutzte Lernmedien systematisch zu entwickeln und zu gestalten. Die beschriebenen Vorgehensweisen, Anleitungen und Empfehlungen werden anhand von Praxisbeispielen veranschaulicht und durch Ablaufdiagramme, Checklisten und Disketten erganzt.

Qualitatswissen ist fur die Unternehmen zum kritischen Erfolgsfaktor geworden. Deshalb gilt es, das verteilt vorliegende Wissen effektiv zu erschliessen und zu nutzen. Die Autoren dokumentieren die Ergebnisse mehrjahriger Forschungsarbeit. Sie beschreiben, wie die Methoden der Qualitatssicherung durch den Einsatz von Rechnersystemen zur Wissensverarbeitung effizienter gestaltet werden konnen. Sie stellen weiterentwickelte Qualitatssicherungsmethoden und Softwareprototypen vor. Das Besondere ist der integrative Ansatz: Organisatorische und arbeitswissenschaftliche Fragestellungen sowie die informationstechnische Verknupfung der Rechnersysteme wurden berucksichtigt. Ein ubergreifendes Konzept hilft, Qualitatswissen zu erfassen und fur qualitatsrelevante Entscheidungen verfugbar zu machen."

Dieses Buch setzt sich mit der Fehlerdiagnose technischer Systeme aus- einander. Ausgangspunkt und zentraler Kern war das Forschungsprojekt "Diagnose technischer Systeme" im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefoerderten Sonderforschungsbereiches "Kunst- liche Intelligenz und Wissensbasierte Systeme" an der Universitat Kaisers- lautern. Das Projekt beinhaltete eine Gemeinschaftsarbeit mit dem Labora- torium fur Werkzeugmaschinen und Betriebslehre (WZL) der RWTH Aachen. Dieser Zusammenarbeit lag die Einsicht zugrunde, dass zur Erstellung eines Expertensystems in einem hochkomplexen Anwendungs- bereich verschiedenartige Strukturarbeiten sowohl von der Anwenderseite als auch von der Informatikseite zu leisten sind. So war denn auch das Er- kennen grundlegender formaler Strukturen ein wesentlicher Teil der Arbeit, an der die einzelnen Anteile im nachhinein kaum mehr zu trennen sind. Das Anwendungsgebiet ist die Fehlerdiagnose von CNC-Bearbeitungs- zentren (CNC = Computerized Numerical Control). Hier handelt es sich um Anwendungen von gleichzeitig hohem wissenschaftlichen wie auch wirt- schaftlichen Interesse. In Erganzung zu den zunachst erstellten Basis- ansatzen wurden in Kaiserslautern dann weitere Techniken der Kunstlichen Intelligenz entwickelt, die wiederum mit den Wissenschaftlern des WZL abgestimmt wurden. Auf diese Weise entstand ein vielschichtiges Projekt mit dem Namen MOLTKE. MOLTKE steht dabei fur "MOdels, Learning and Temporal Knowl dge in f', xpert systems for technical diagnosis", womit die wichtigsten Einzelaktivitaten genannt sind: Der Einsah von Maschinen- modellen, die Entwicklung von Lemverfahren und die Reprasentation zeitlich veranderlicher Situationen.

zueinander angeordnete Verfahrachsen realisiert. An jeder Verfahrachse ist ein lineares MeBsystem angebracht, das die jeweilige Koordinate verkorpert. Zusatzlich kann ein motorisch steuerbarer Drehtisch mit einem WinkelmeBsy- stem eingesetzt werden, wodurch sich die Zahl der Bewegungsachsen auf vier erhoht. Eigenfehler dieses Referenzkoordinatensystems konnen innerhalb ge- wisser Grenzen durch eine geeignete Software korrigiert werden [23]. Mit Hilfe der Verfahrachsen wird eine Relativbewegung zwischen Tastsystem und Antastpunkt am Priifling durchgefiihrt. Die Antastung selbst wird dann durch unterschiedliche Tastergeometrien realisiert. Diese Tastergeometrien werden zu Beginn einer Messung durch einen EinmeBvorgang ermittelt. Die Verkniipfung der erfaBten MeBwerte zu geometrischen Elementen und de- ren Protokollierung erfolgt dann durch den angekoppelten Rechner mit ent- sprechenden Peripheriegeraten wie Bildschirm, Drucker oder Plotter. Der Einsatz von Rechnern zur MeBdatenverarbeitung erfordert komplizierte AI- gorithmen und setzt somit die Kenntnis mathematischer Methoden zur MeBwertverarbeitung voraus. Dabei sind neben einer Bedienoberflache und einer verniinftigen Ausgabe der MeB- bzw. Berechnungsergebnisse drei Grundaufgaben zu erfiillen, de- ren Losung im folgenden detaillierter beschrieben werden: 1. Tasterradius-Korrektur 2. Transformation der Koordinatensysteme 3. Berechnung der geometrischen Elemente Das folgende Beispiel solI eine einfache Messung mit einem KoordinatenmeB- gerat und die erforderlichen Operationen zeigen. In Bild 2.2 sind kurz das MeBproblem und seine Losung skizziert. Auf einer Platte soIl das StichmaB zwischen zwei Bohrungen gemessen werden. Urn potentielle Fertigungsfehler eingehender analysieren zu konnen, sollen auch Lage und MaB der Bohrungen im Zeichnungskoordinatensystem ausge- geben werden.

1. 1 Bedeutung und EinfluB der Formabweichung zylindrischer K5rper in der Fertigung Die Entwicklung im Bereich der Fertigungstechnik ist durch standig wachsende Anforderungen an di Funktionstauglichkeit der gefertigten Produkte gekennzeichnet. Damit eng verbunden ist die Forderung nach kleineren Fertigungstoleranzen, wel- che direkt durch die stets auftretenden Gestaltabweichungen /3/ der erzeugten WerkstUcke bestimmt werden. Die Gestaltab- weichungen ihrerseits und somit auch das Funktionsverhalten ist in entscheidendem MaBe von der Formgenauigkeit der Werk- stUcke abhangig. Folglich muB im Rahmen der QualitatsprUfung nicht nur die MaBabweichung, sondern mit steigenden Genauig- keitsanforderungen darUberhinaus die Formabweichung der Funk- tionsflachen meBtechnisch erfaBt werden. Formfehlermessungen konnen jedoch nur dann wirtschaftlich mit den geforderten MeB- genauigkeiten durchgefUhrt werden, wenn einerseits geeignete MeBmittel und MeBstrategien und andererseits geeignete Auswer- tealgorithmen und MeBdatenverarbeitungsgerate zur VerfUgung stehen, wobei letzteres heute durch die Entwicklungen auf dem Gebiet der ProzeBrechentechnik (Kleinrechner) bereits gewahr- leistet ist /17/. 1. 2 MeBmethoden und MeBgerate Die Zylinderformtoleranz ist nach DIN 7184 /4/ definiert als zulassiger Abstand zweier koaxialer Zylindermantelflachen, zwischen denen aIle Punkte der Ist-Zylindermantelflache liegen mUssen. MeBvorschriften zur exakten meBtechnischen Erfassung der so festgelegten Zylinderformabweichung existieren jedoch zur Zeit nicht. Dies ist wohl auf den in der Praxis immer wieder auftretenden Widerspruch zwischen abstrakter geometri- scher Definition - basierend auf ideal-geometrischen Bezugs- geraden bzw. Bezugsflachen - und den meBtechnisch gegebenen Moglichkeiten zurUckzufUhren /5/. Nahezu aIle bisher einge- setzten MeBverfahren reduzieren die raumliche MeBaufgabe auf - ein ebenes Problem /1/.

1. 1. Bedeutung der 3-D-MeBtechnik Die Entwicklung und EinfUhrung der Drei-Koordinaten-MeBtechnik, insbesondere der numerisch gesteuerten Koordinaten-MeBgerate kann fUr den Bereich der MeBtechnik als eben so bedeutend ange- sehen werden, wie seinerzeit die EinfUhrung der NC-Technik in der Fertigung. Beiden Technologien ist gemeinsam, daB die Geo- metrie des WerkstUckes durch charakteristische Punkte, die auf ein definiertes Koordinatensystem bezogen sind, beschrieben wird. Der Einsatz der Drei-Koordinaten-MeBgerate, im folgenden auch kurz DKMG genannt, ermoglicht die Losung nahezu aller in der Praxis auftretenden MeBaufgaben, also auch die Bewaltigung von MeBproblemen, die anderweitig nicht oder nur mit stets hohem Aufwand realisierbar sind. Neben dieser Tatsache liegt der entscheidende Vorteil beim Einsatz von Drei-Koordinaten- MeBgeraten jedoch darin, daB eine Vielzahl unterschiedlicher PrUfaufgaben im Gegensatz zur konventionellen PrUftechnik in einer einzigen Aufspannung mit nur dem e i n e n MeBmittel DKMG erledigt werden kann /1. 1/(Bild 1. 1). VerfUgt das DKMG Uber einen Rechner, so braucht der PrUfling nicht ausg richtet zu werden. Der Rechner Ubernimmt die erfaBten MeBdaten - wie deren Verarbeitung zu geometrischen KenngroBen, wobei er Ausrichtfehler durch eine . entsprechende Koordinatentrans- formation berlicksichtigt. Je nach Ausbaustufe des Drei- Koordinaten-MeBgerates steht hier ein flexibles MeBgerat zur VerfUgung, das in kurzer Zeit objektivierte und einheitlich dokumentierte PrUfdaten vermittelt, die eine EDV- unterstUtzte Qualitatsdatenverarbeitung wesentlich erleichtern. Aus diesen GrUnden wurden Drei-Koordinaten-MeBgerate in den letzten Jahren in immer groBerem Umgang im Bereich der Qualitatssicherung ein- gesetzt.

Der Faktor "Produktqualitat" gewinnt in zunehmendem Ma8e an Bedeutung fur die Wettbewerbsfahigkeit der Unternehmen. Dies fuhrt zwangslaufig zu der Forderung nach engeren Fertigungstoleranzen und damit auch zu hoheren Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit der produkterzeugenden Fer- tigungsmittel. Die Fertigungsunsicherheit - definiert als MaB fur die Fertigungsgenauigkeit des Herstellprozesses - wird einer- seits durch maschinenbedingte Einflu3groBen, wie beispiels- weise G. eometrie und Kinematik der werkzeugmaschine und an- dererseits durch nichtmaschinenbedingte EinfluBgroBen, wie beispielsweise Maschinenbedienung und Werkzeug, bestimmt (Bild 1) /1/. Stat. Pro- Ver- FOh- dukt- pr O- halten rungen funq 10--- -- Maschinenbedingte finfluBgrOnen ichtmasch inenspezifische [influBgrOBen J Bild 1: EinfluBgroBen auf die Fertigungsunsicherheit - 2 - Die Auswirkungen maschinenbedingter EinfluBfaktoren auf die Fertigungsunsicherheit werden unter dem Begriff "Arbeits- unsicherheit" zusammengefaBt. Insbesondere bei den heute eingesetzten NC-Werkzeugmaschinen, bei denen der EinfluB der nichtmaschinenspezifischen EinfluBgroBe "Maschinen- bedienung" weitgehend eliminiert ist, muB der Arbeitsun- sicherheit eine zentrale Bedeutung beigemessen werden. Sie kennzeichnet unmittelbar die Relativbewegung zwischen Werk- zeug und Werksttick und somit die auf einer Werkzeugmaschine realisierbaren MaB-, Lage- und Formtoleranzen. Die Bestim- mung der Arbeitsunsicherheit im Rahmen von Abnahmeverfahren und periodischen Uberprtifungen des vorhandenen Maschinenparks ist daher gleichermaBen ftir Konstruktion, Fertigungsplanung und -steuerung von Interesse.

1.1. Bedeutung der Messung der Abweichung von der Geradheit Die Begrenzungsflachen von Einzelteilen technischer Erzeugnisse werden in der Regel durch geradlinige und rotatorische Rela- tivbewegungen zwischen Werkstuck und Werkzeug bei der Zerspa- nung bestimmt. Die Bewegungen der Fertigungseinrichtung sind niemals fehlerfrei (Bild 1) und erzeugen daher Werkstucke mit Formabweichungen, wodurch das Funktionsverhalten dieser Werk- stucke stark beeintrachtigt werden kann. Teilamicht von Z Stellen an denen FOhrungsfehler auftreten koennen - z Ungeradheit der Bewegungen Bild 1: Auswirkungen von Fuhrungsfehlern auf die Bewegungen einer Drehmaschine Um die Funktionssicherheit der Produkte des Maschinenbaus zu garantieren, mussen die einzelnen Werkstucke auf ihre geome- trische Genauigkeit gepruft werden. Die Kenntnis der Arbeitsge- nauigkeit der eingesetzten Werkzeugmaschinen ist jedoch fur die Fertigung von noch groessere Bedeutung. Sowohl bei der Ver- - - messung von Maschinenteilen als auch bei der Ermittlung der Arbeitsgenauigkeit von Fertigungseinrichtungen stellen die geo- metrischen Prufungen einen wichtigen Teilaspekt dar /1, 2/. Die wesentlichen geometrischen Prufungen sind: Geradheit, Ebenheit, Rechtwinkligkeit, Fluchtung, Parallelitat, Abstandsgleichheit, Rundlauf. Ein grosser Teil dieser genannten Messaufgaben sind prinzipiell Messungen der Abweichung von der Geradheit. Sie unterscheiden sich lediglich durch die jeweiligen Messbedingungen und die Dar- stellungsweise (Bild 2).

Die industrielle Fertigung ist einem standigen Rationalisie- rungsprozeB unterworfen, um die Forderung nach wirtschaftlicher Erzeugung von Produkten zu gewahrleisten. Vorhandene Rationa- lisierungsreserven mussen hierzu aufgespurt und ausgeschopft werden. Besondere Bedeutung kommt dabei fur den Bereich der Fertigung dem Einsatz der Betriebsmittel zu. Zur optimalen Ausnutzung der Betriebsmittel muB versucht wer- den, unabhangig von einem bestimmten Bearbeitungsverfahren und einer bestimmten LosgroBe folgende Forderungen zu realisieren: 1. Der Anteil der Maschinenhauptzeit an der Bereitschafts- zeit muB so groB wie moglich gehalten werden. 2. Die zur Verfugung stehende Maschinenhauptzeit muB den Zielsetzungen des Unternehmens entsprechend optimal aus- genutzt werden. Die erste Forderung zielt in erster Linie auf organisatorische MaBnahmen zur Verringerung der Maschinenbrachzeit ab sowie auf MaBnahmen zur Verringerung der Nutzungsnebenzeiten, wie sie z. B. durch die Automatisierung des Bearbeitungsablaufes sowie automatische Werkzeug- und Werkstuckwechseleinrichtungen erzielt werden. Die Realisierung der zweiten Forderung bedingt eine optimale Gestaltung des Bearbeitungsablaufes und des Werkzeugeinsatzes sowie eine optimale Festlegung der Bearbei- tungsbedingungen allgemein und der Schnittbedingungen im Bereich der spanenden Fert1gung. Eine schon seit langem gebrauchliche Methode zur verbesserten Nutzung der verfugbaren Maschinenhauptzeit und damit zur Produktivitatssteigerung der Werkzeugmaschinen ist der simul- tane Einsatz von mehreren Werkzeugen. - 2 - "Unter dem simul tanen Mebrwerkzeugeinsa tz wird dabei die Bearbeitung eines Werkstuekes oder mebrerer - mebreren meinsam aufgespannter Werkstueke mit Werkzeugen auf e i n e r Masebine verstanden, wobei die Sebnittzeiten der beteiligten Werkzeuge beliebig zeitlieb uberdeekt und/oder beliebig aufein- anderfolgend sein konnen".