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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.
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."
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.
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."
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.
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).
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.
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".
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