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Expertenrunde: ‚Inline-CT: Mythos oder Realität?‘ – Teil 1/2

Auf der Control 2018 fand die Expertenrunde ´Inline-CT: Mythos oder Realität?´ statt. Dabei haben Anwender (Aptiv, ehemals Delphi), Forscher (Fraunhofer IIS) und Hersteller (Volume Graphics, Werth, Yxlon) über die Möglichkeiten und Anforderungen der Inline-CT diskutiert. Teil 1 unserer Zusammenfassung beschäftigt sich mit den Anforderungen und Möglichkeiten der Geräte, während es im zweiten Teil (inVISION 5/18) um die Usability der Anlagen und Predictive Maintenance Ansätze geht.

Die Teilnehmer der Inline-CT Expertenrunde (v.l.n.r.): Lars Siefke (Yxlon International), Dr. Ralf Christoph, (Werth Messtechnik), Christian Kretzer (Fraunhofer IIS), Patrick Nikolajko (Aptiv) und Dr. Sven Gondrom-Linke (Volume Graphics). (Bild: TeDo Verlag GmbH)

Was sind die Unterschiede zwischen einem klassischen CT-Gerät und einem Inline-CT-Gerät?

Lars Siefke (Yxlon): Bei einem CT im Messraum hat man klassischerweise eine große Anwendungsvielfalt, das heißt verschiedene Röhren und Detektoren, um möglichst viele Anwendungsfälle abzudecken. Bei der Inline-CT geht es dagegen darum, schnell zu sein, um den Produktionstakt zu erreichen. Zudem müssen die Ergebnisse automatisch generiert werden, das ganze Handling also automatisch ablaufen.

Dr. Ralf Christoph (Werth Messtechnik): Aus meiner Sicht ist die Technik in beiden Fällen die gleiche, nur ein wenig anders verpackt. Man betreibt die Geräte mit anderen Parametern und Komponenten. Voraussetzung ist allerdings, dass die Messgeschwindigkeit hoch genug ist. Man kann mit Inline- CT mittlerweile z. B. ein Aluminiumteil in 30s oder 20 Kunststoffteile gleichzeitig in einer Sekunde und somit im Prozesstakt messen. Wichtig ist auch das schnelle Rekonstruieren der Daten.

Christian Kretzer (Fraunhofer IIS): Einfach nur einen Standard-CT zu nehmen und einen Roboter davor zu setzen, reicht nicht. Man hat nur eine begrenzte Zeit für den Fertigungstakt zur Verfügung. Daher sollte man möglichst wenig Zeit für Nebensachen, wie dem Bauteilhandling verschwenden, um möglichst viel Zeit für die reine Messung zur Verfügung haben. Zudem läuft ein Inline-CT normalerweise nicht in einem Messraum, sondern in einer Fertigungsumgebung, das heißt wir haben auch völlig andere Umgebungsbedingungen.

Dr. Sven Gondrom-Linke (Volume Graphics): Das Wichtigste ist, zusammen mit dem Anwender zu klären, was eigentlich dessen Bedürfnisse sind. Soll schnell jedes einzelne Bauteil im Takt gemessen werden? Geht es um eine Stichprobenprüfung? Soll die Anlage zwischen beiden Modi wechseln? In der Produktion gibt es zudem oft die Anforderung, dass eine Anlage einfach zu warten sein muss. Stellfläche in der Produktion kostet zudem Geld, also muss das Gerät kompakt sein. Wichtig sind auch die akzeptablen Prüfkosten pro Bauteil. Deswegen gibt es eine ganze Bandbreite an verschiedenen Inline-Konfigurationen, von einem modifizierten Laborgerät bis hin zu einem Inline-Vollautomaten.

Patrick Nikolajko (Aptiv): Wir bei Aptiv haben uns ein Konzept ausgedacht, bei dem wir eine Inline-Anlage haben, die gleichzeitig auch eine Messanlage ist. Unser CT ist flexibel gestaltet und kann – je nach Bedarf – einfach durch Umswitchen auf den Inline-Modus umgestellt werden.

Was sind Ihre Erfahrungen als Anwender?

Nikolajko: Es war uns extrem wichtig, dass wir nicht zwei Anlagen brauchen, das heißt eine nur für Inline und eine für den Messraum zur Qualitätssicherung et cetera. Wir benötigen ein flexibles Umfeld, daher haben wir etwas entwickelt bekommen, das genau unseren Bedürfnissen entspricht.

Kretzer: Bei der Inline-CT sehe ich vor allem applikationsbezogene Anfragen, die sich auf ein bestimmtes Bauteilespektrum konzentrieren, das möglichst schnell im Takt abgebildet werden muss. Der Anwender will eine zuverlässige Anlage, die 24/7 in Betrieb ist, um die er sich nicht kümmern muss und die vollautomatisch läuft, ohne dass er irgendwelche Prüfwerke oder ähnliches braucht. Er will einfach ein Ergebnis haben, ohne viel Aufwand.

Siefke: Auch wir haben sehr modulare Systeme, bei denen wir dem Kunden die Möglichkeiten geben, zwischen Flachdetektor und Zeile zu wechseln, zwischen einer Mikrofokusröhre oder einer 450kV-Röhre. Das funktioniert, allerdings geht ein Wechsel nicht schnell. Wenn man Inline-CT macht, steht die Anlage in einer Produktionsumgebung. Dort kommen verschiedene Teile, wie Gehäuse, Zylinderköpfe usw. teilweise chaotisch an, und auch deren Messung muss völlig automatisch gehen.

Christoph: Flexibilität ist extrem wichtig. Ich kenne nur wenige Anwender, die einen CT kaufen, um damit genau ein Teil zehn Jahre lang zu messen. Wichtig ist auch, dass die Kompatibilität zur Messraumtechnik vorhanden ist, um Programme zu übertragen oder um einheitliche Prüfpläne zu haben. Der Schwerpunkt ist die Umschaltung der Betriebsparameter und die schnelle Auswechslung von Komponenten. Wenn wir z.B. in der Fertigung etwas schnell überprüfen wollen, hat das Gerät eine 1,5kW Röntgenröhre für kurze Messzeiten, allerdings auf Kosten der Genauigkeit. Das gleiche Gerät kann mit einer anderen Röhre auch im Messraum stehen und dort mikrometergenaue Messungen durchführen. Die Programme sind in beiden Fällen dieselben und der Anwender nutzt an beiden die gleiche Bedienphilosophie.

Wie schnell ist Inline?

„Wir nutzen die Prüfdaten nicht nur für IO/NIO-Entscheidungen, sondern auch zur Prozessoptimierung.“
Lars Siefke, Yxlon International (Bild: TeDo Verlag GmbH)

Siefke: Kommt auf das Teil an. Ein Zylinderkopf ist momentan bereits deutlich unter einer Minute möglich. Es geht aber nicht darum festzustellen, wie lange ein Zylinderkopf braucht, sondern wie schnell der Anwender wieder ein neues Teil prüfen kann. Das ist die entscheidende Frage. Dort den richtigen Mix aus Qualität, Zeit und Prüfkosten zu finden sowie das alles auch noch auswertbar hinzubekommen, ist die Kunst.

Christoph: Es gibt physikalische Grenzen, denn ein Röntgendetektor ist nicht beliebig schnell. Man braucht mindestens 100 Durchstrahlungsbilder die man aufnehmen muss, um ein Objekt überhaupt tomographieren zu können. Damit ist die unterste Grenze für die Messzeit eines Messzyklus´ definiert. Diese liegt meist im Bereich von einigen zehn Sekunden. Man kann aber schneller werden, indem man mehrere Teile gleichzeitig misst. Wir alle wünschen uns natürlich schnellere Detektoren mit besseren Wirkungsgraden, aber das geht nicht über Nacht. 2005 haben wir das erste Koordinatenmessgerät mit Röntgentomographie vorgestellt. Mittlerweile sind wir bei den Messabweichungen um den Faktor 10 bis 50 besser geworden und haben die Messdauer um 90% reduziert, so dass sie mit dem Produktionstakt Schritt halten kann.

Kretzer: Ein Inline-CT ist so schnell, dass es mit dem Produktionstakt Schritt halten kann. Dementsprechend muss man sagen: Der Fertigungstakt gibt vor, wie schnell das System sein muss, ist die Antwort auf Ihre Frage.

Ist die Inline-CT für den Produktionstakt schon schnell genug?

„Wichtig ist, dass die Kompatibilität zur Messraumtechnik vorhanden ist, um Programme zu übertragen und um einheitliche Prüfpläne zu haben.“
Dr. Ralf Christoph, Werth Messtechnik (Bild: TeDo Verlag GmbH)

Nikolajko: Wir prüfen nicht jedes Teil, sondern immer ein Bauteil pro Schicht. Das ist für uns bereits Inline-CT. Derzeit sind wir bei circa zwei Minuten reine Scanzeit, eine Minute ungefähr für das Be- und Entladen. Wir haben auch größere Bauteile, bei denen wir aber noch nicht mit zwei Minuten hinkommen.

Gondrom-Linke: Im Spektrum der Anlagen, die wir bereits realisiert haben, sind wir schon in den Ein-Sekunden-Bereich vorgestoßen, wenn wir 100 leicht zu durchstrahlende Bauteile gleichzeitig in 100 Sekunden messen. Vereinzelt kommen sie so auf einen Sekundentakt. Bei Einzelmessung mit Be- und Entladen schaffen wir einen Fünf-Sekunden-Takt. Das ist dann allerdings auch recht sportlich, bei einer Zylinderkopfprüfungen sind es eher 30s. Die Frage bleibt, ob man wirklich eine 100% Prüfung braucht, oder ob eventuell auch eine Stichprobenprüfung genügt, um den Produktionsprozess zu überwachen?

Setzen Sie Inline-CT nur an einem Standort ein?

Nikolajko: Momentan haben wir bereits zwei Standorte, bei denen wir komplett mit Inline-CT prüfen. Wir haben aber festgestellt, dass wir eventuell noch mehr an der Softwareschraube drehen müssen, um es für die Anwender einfacher und um mögliche Fehler sichtbarer zu machen. Unser Ziel ist es, an allen 30 Standorten weltweit mit Inline-CT zu prüfen.

Ist Inline-CT noch ein Exot, oder ein Thema, das zunehmend eingesetzt wird?

Gondrom-Linke: Bis heute haben wir rund 40 Inline-Systeme realisiert. Sie müssen sich allerdings vor Augen halten, das dies ein noch junger Bereich ist. 2014 hatten wir zwei Systeme, 2015 waren es vier, 2016 dann acht und letztes Jahr 15. Dieses Jahr sind wir bereits Ende April in dieser Größenordnung. Wir sind im Investitionsgüterbereich, das heißt an den Anlagen, die heute installiert werden, haben wir bereits vor zwei Jahren zusammen mit unseren Partnern gearbeitet.

Gibt es eine gesteigerte Nachfrage nach Inline-CT?

Kretzer: Es gibt definitiv eine gesteigerte Nachfrage am Markt. Der Anwender sieht den Benefit der Inline-CT, z.B. dass man dank zusätzlicher Informationen seine Produktion optimieren kann. Wir sind aber noch am Anfang. In den nächsten Jahren wird es hier erst richtig losgehen.

„Bei der Inline-CT sehe ich vor allem applikationsbezogene Anfragen, die sich auf ein bestimmtes Bauteilspektrum konzentrieren, das möglichst schnell im Takt abgebildet werden muss.“
Christian Kretzer, Fraunhofer IIS (Bild: TeDo Verlag GmbH)

Christoph: Auch in der konventionellen Koordinatenmesstechnik nimmt der Anteil der prozessnahen Messtechnik zu, und das seit 20 Jahren. Wir kombinieren z. B. ein CT-Gerät mit einem Bildverarbeitungsgerät für die gleiche Taktstraße. Das eine Verfahren ist besser für die eine, und das andere besser für die andere Prüfaufgabe geeignet.

Siefke: Auch wir sehen eine Zunahme. Wir haben schon seit vielen Jahren Inline-Anlagen, z.B. für die Reifenprüfung. Schwierig ist allerdings, dass die Prüfspezifikation häufig noch für die 2D-Prüfung ausgelegt ist. Oft fehlen noch echte 3D-Kriterien. Dennoch können unsere Kunden von unserer langjährigen Erfahrung bei 2D-Inline-Anwendungen profitieren. Was wir schon lange im 2D-Bereich machen, ist, dass wir die Prüfdaten nicht nur für IO/NIO-Entscheidungen nutzen, sondern auch zur Prozessoptimierung. Wir erzeugen viele Daten durch das Röntgen, die man zurückspielen kann. Genau das ist es, worauf unsere Kunden vermehrt achten: Fehler nicht nur zu finden, sondern frühzeitig zu vermeiden. Wir schauen nach, was wir alles in einem Bauteil finden und wo gewisse Tendenzen sind, denen man gegensteuern sollte, bevor es überhaupt zu einem Defekt kommt.

www.aptiv.com

www.iis.fraunhofer.de

www.volumegraphics.com

www.werth.de

www.yxlon.de