Voller Durchblick dank Qualitätssicherung

ZKW Lichtsysteme entwickelt und produziert hochwertige Beleuchtungssysteme für die Fahrzeugindustrie. Doch neue Materialien, komplexe Konstruktionen und enge Toleranzen bringen in der Qualitätssicherung herkömmliche Messtechnik an ihre Grenzen. Zwei Zeiss Metrotom Computertomographen eröffnen jetzt neue Möglichkeiten. Sie erlauben eine zerstörungsfreie Messung und Prüfung und liefern schnell umfassende Erkenntnisse.

In 200 m bitte rechts in die Calwer Straße abbiegen.“ Auf der Fahrbahn erscheint ein Pfeil aus projiziertem Licht, der die Anweisung des Navigationssystems visuell unterstreicht. Eine Erleichterung bei der Heimfahrt im Dunklen nach einem langen Tag, denkt sich die Fahrerin. Kurz darauf zeichnet sich plötzlich ein Schneeflocken-Symbol auf dem Teer ab – Frostwarnung. „Wie gut, dass ich schon auf Winterrreifen umgestiegen bin“, denkt sich die Fahrerin, „aber ich mach trotzdem besser mal langsam.“ Aus gutem Grund: Aus dem Dunkel einer Seitengasse steuert ein Fußgänger raschen Schrittes auf die Straße zu. „Ich muss ohnehin langsam fahren, den lass ich rüber.“ Mit einem Tastendruck projizieren die Frontscheinwerfer einen Zebra-Streifen aus Licht auf die Straße, der den Fußgänger wissen lässt, er kann gehen.

Im Automobil wird nicht nur die Antriebstechnik immer smarter, auch in anderer Hinsicht steht Verkehrsteilnehmern eine strahlende Zukunft bevor. An letzterem arbeitet die ZKW Lichtsysteme mit Hochdruck. Am Standort Wieselburg in Niederösterreich wie auch an weiteren auf der ganzen Welt entstehen hochwertige Scheinwerfer, Rückleuchten und Nebelleuchten. Sicherheit durch eine optimale Ausleuchtung bei schlechten Sichtverhältnissen, aber auch durch HD-Projektionstechnik wie in den geschilderten Szenarien gehört zum Kerngeschäft der ZKW Group.

Premium-Hersteller von Pkw, Lkw und Motorrädern sind daher die Hauptkunden des Lichtsystem-Spezialisten und setzen dessen Systeme in ihren Spitzenmodellen ein. Dabei stellen die Hersteller enorme Anforderungen an die Qualität und Zuverlässigkeit der Beleuchtungskomponenten.
Herkömmliche Messtechnik brachte die Qualitätssicherung bei ZKW Lichtsysteme zunehmend an ihre Grenzen. Daher sorgen jetzt zwei Zeiss Metrotom Computertomographen (CT) für den Durchblick: ein System steht in der Fertigung für die serienbegleitende Prüfung, das andere System wird im Messraum für Sonderprüfungen während der Entwicklung eingesetzt. Das Ergebnis überzeugt: „Die Möglichkeit des zerstörungsfreien Messens erlaubt uns, zusammengebaute Bauteile zu vermessen, wodurch wir Erkenntnisse gewinnen, die vorher unmöglich waren“, sagt Bernhard Voglauer, Manager Testing System Development bei ZKW Lichtsysteme. „Und wir erhalten die Ergebnisse schneller, wodurch wir Entwicklungszeit sparen und schneller auf Instabilität im Prozess reagieren können.“

Von der Lichtquelle zum HD-Projektor

Scheinwerfer und Rückleuchten erfüllen eine doppelte Funktion: Sie dienen einerseits als Licht- und Signalquelle für Fahrer und Verkehrsteilnehmer, andererseits sind sie ein prägender Teil des visuellen Auftritts von Fahrzeugen. Kein Wunder, dass in ihre Entwicklung in den letzten Jahrzehnten enorme Anstrengungen geflossen sind. In diesem Zuge hat sich die Komplexität massiv erhöht: „Früher bestand ein Scheinwerfer vielleicht aus 100, maximal 150 Einzelteilen, heute sind es 300 oder mehr“, erklärt Voglauer. „Dazu kommt, dass wir früher nur eine Linse hatten, jetzt haben wir teilweise Objektive mit mehreren Linsen für die genaue HD-Projektion von Licht, die exakt positioniert sein müssen.“

Dazu kommen neue Materialien für Optiken wie Silikon, die sowohl an die Fertigung als auch an die Qualitätssicherung neue Anforderungen stellen. Und nicht zuletzt sinken auch die Messtoleranzen ständig: „Es gab mal Zeiten, da haben wir auf 1/100 mm gerechnet, heute haben wir bei HD-Linsen Genauigkeiten von 1/1.000 mm“, berichtet Voglauer. „Für das gewünschte Lichtergebnis ist es insofern notwendig, dass wir korrekte Abstände und die richtige Lichtachse haben und jegliche Verkippung und Verdrehung vermeiden.“ Bereits heute profitieren Fahrzeuglenker und andere Verkehrsteilnehmer dadurch von Features wie blendfreies Fernlicht oder die Möglichkeit, bei Nacht Verkehrsschilder auszuleuchten. Zugleich bedeutet das eben, dass ZKW Lichtsysteme auch bei der Qualitätssicherung neue Wege gehen musste: Zu komplex sind die Beleuchtungsmodule geworden, zu schwer fassbar neue Materialien wie Silikon für Koordinatenmessgeräte oder optische Scanner.

Manche Mängel zeigen sich nur im Zusammenbau

Voglauer hält ein Beleuchtungsmodul hoch, das herstellerübergreifend in vielen Scheinwerfern verwendet wird, und erklärt den Zusammenbau: Vorne ist die Linse mit einer Mikrostruktur auf ihrer Oberfläche, die das Licht für homogene Hell-Dunkel-Übergänge streut. Dahinter befinden sich der Linsenhalter sowie eine Lichtquelle mit 84 Leuchtdioden, die durch eine Platine einzeln angesteuert werden und ihr Licht sauber abgegrenzt durch den Silikon-Lightguide an die Linse leiten. So lassen sich gezielte Ausblendszenarien realisieren. Ein Kühlkörper aus Metall sowie ein Lüfter regeln die Temperatur.

„Wichtig ist: Wir müssen unsere Bauteile im zusammengebauten Zustand prüfen, weil wir sonst bestimmte Fehlerquellen gar nicht identifizieren können“, erläutert Voglauer. „Das können unsere Koordinatenmessgeräte und optischen Scanner aber natürlich nicht leisten.“ Im Validierungsprozess legt ZKW Augenmerk auf den Verbau von Lichtoptiken, um mögliche, spätere Beschädigungen abzufedern. So führte etwa schon mal die thermische Belastung durch die Leuchtdioden zu Abrieb bei Linsenhalter und Linse. „Das hätten wir aber nie feststellen können, wenn wir nur die Einzelkomponenten im auseinander gebauten Zustand geprüft hätten“, betont Voglauer. Entsprechende Erkenntnisse sind jedoch von zentraler Bedeutung für ZKW Lichtsysteme, um stabile Produktionsprozesse herstellen und die von den Kunden erwartete Qualität liefern zu können.

Zeiss Metrotom bringt das Verborgene ans Licht

Im Messraum steht daher heute bei ZKW Lichtsysteme der industrielle Computertomograph Zeiss Metrotom 1500 neben Koordinatenmessgeräten und einem automatisierten optischen Messsystem. Ein Zeiss Metrotom 800 befindet sich in der Fertigung. Schon länger setzt das Unternehmen auf Röntgentechnik für die Prüfung und Messung zusammengebauter Module oder ganzer Scheinwerfer, vormals über ein externes Prüflabor. „Da hatten wir allerdings eine Durchlaufzeit von drei bis vier Wochen“, sagt Voglauer. „Das ist natürlich viel zu lang für unser Verständnis von Effizienz. Mit unseren eigenen Geräten liegen uns feste Ergebnisse ungleich schneller vor, was wertvolle Entwicklungszeit spart und uns erlaubt, viel schneller zu reagieren, was uns auch in der Produktion nochmal Kosten spart.“

Eine Leistung von 500 W sowie eine hohe Auflösung mit dem 3K-Detektor im Falle des Zeiss Metrotom 1500 sorgen für schnelle Ergebnisse und Durchblick. Auch mit dem Aufbau mit unterschiedlichen Materialien wie Kupfer, Aluminium sowie verschiedenen Kunststoffen mit unterschiedlichen Dichtegraden kommen die Computertomographen klar. „Das kriegen wir einerseits durch verschiedene Filter und Belichtungseinstellungen gut hin, andererseits lässt sich auch in der Nachbearbeitung noch viel machen“, erläutert Martin Janisch, Teamleiter im Messraum bei ZKW Lichtsysteme, und sagt: „Artefaktkorrektur, Streustrahlenkorrektur – es gibt mit der Software viele Möglichkeiten, das Ergebnis aufzubereiten.“ Die hohe Leistung ist derweil auch deswegen wichtig, weil ZKW Lichtsysteme neben ganzen Schweinwerfern dadurch auch mehr als 20 Teile auf einmal scannen kann.

Paket aus Hardware und Software

Neben der Hardware war gerade auch der Aspekt der Software ein wichtiges Entscheidungskriterium für den Zeiss Metrotom. Die Auswertung der Ergebnisse erfolgt via Zeiss Inspect. Mit der Software waren die Mitarbeiter von ZKW Lichtsysteme bereits vom optischen Messgerät Zeiss Scanbox vertraut. Für die Protokollierung kommt Zeiss Piweb zum Einsatz. „Dieses reibungslose Zusammenspiel von Hard- und Software war für uns ein großer Faktor, weil die Zeiss Software sehr bedienerfreundlich ist auf Grund einer visuell klaren Oberfläche und intuitiv auffindbaren Funktionen“, betont Janisch. „Das bedeutete für uns einen deutlich geringeren Schulungsaufwand und eine stets problemlose Bedienung.“

Voglauer bestätigt das: „Dieser Fokus auf eine gute, intuitive Bedienbarkeit und eine optimale Zusammenarbeit von Hard- und Software waren für unsere Entscheidung für Zeiss ausschlaggebende Faktoren.“ In der Software selbst nutzt ZKW Lichtsysteme die Möglichkeit der visuellen Volumeninspektion, um vor allem den Zusammenbau der Komponenten zu prüfen. Im 3D-Volumen und in 2D-Schnittbildern wird beispielsweise sichtbar, ob der Silikon-Lightguide an der richtigen Stelle liegt. Auch die messtechnische Prüfung der Bauteile wird einschließlich Form- und Lageprüfung vollständig in Zeiss Inspect durchgeführt. Durchflugvideos aus dem Bauteil und PDF-Messberichte werden mit den Kollegen aus der Werkzeugentwicklung regelmäßig ausgetauscht, um die erforderlichen Optimierungen gemeinsam zu bestimmen. Sämtliche Prüfergebnisse aus dem Messlabor werden in Zeiss Piweb zusammengeführt und systemübergreifend protokolliert.

Auch Zuverlässigkeit bei Lieferung, Service und Betrieb waren ZKW Lichtsysteme wichtig: „Da haben wir mit Zeiss in der Vergangenheit schon lange gute Erfahrungen gemacht – das ist ein kompetenter Partner mit einem ordentlichen Service. Man kann sich immer darauf verlassen, dass jedes Versprechen auch gehalten wird“, sagt Voglauer. Daher ist Zeiss auch weiterhin als Partner für ZKW Lichtsysteme gesetzt, wenn es darum geht, den Menschen den Weg in die Zukunft zu leuchten – hochauflösend und blendfrei.

Computertomographie in der Blechbearbeitung

Wie kann man feststellen, ob in einer fertig montierten Blechbaugruppe irgendwo ein Riss im Inneren ist? Ohne sie wieder auseinandernehmen zu müssen und sie dabei zu beschädigen? In solchen Fällen hilft die Computertomographie weiter. Dabei handelt es sich um eine röntgenbasierte Technik, welche die Dichteverteilung innerhalb eines Objekts in allen drei Raumrichtungen misst. In der industriellen Computertomographie wird dazu das Bauteil zwischen einer Röntgenröhre als Strahlquelle und einem Detektor zur Bildaufnahme auf einem Drehtisch platziert. Beim Scan wird das Objekt schrittweise gedreht und dabei die Röntgenaufnahmen gespeichert. Daraus lassen sich dann Schnittbilder berechnen. Das Resultat ist ein Volumendatensatz, mit dem der Gegenstand vollständig erfasst wird. Innen liegende Details, zum Beispiel Fehler oder von außen unzugängliche Bauteile, werden unabhängig von der Umgebung mit hoher Genauigkeit sichtbar gemacht.

Web:
www.zeiss.de