Digitalisierung und Virtualisierung für die Dimensionelle ... · Journal of Sensors and Sensor Systems (JSSS), open-access peer reviewed journal published by the Copernicus GmbH

Digitalisierung und Virtualisierung für die Dimensionelle Messtechnik

PTB Braunschweig, 13.03.2018

Dr. Dietrich Imkamp

Director Bridge Systems

213.03.2018Carl Zeiss IMT GmbH, Dr. Dietrich Imkamp, Systems

Agenda

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Einordnung in die industrielle Entwicklung bis Industrie 4.0

Messtechnik zwischen virtueller und realer Welt

Virtualität in der Messtechnik: Bahnplanung, Kollisionskontrolle, Unsicherheit

Vernetzung: Qualitätsdaten, Überwachung und Smart Services

Zusammenfassung

Dimensionelle Messtechnik und Digitale Datenverarbeitung


Agenda

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6 Zusammenfassung



Messtechnik für den Austauschbau in der industriellen Produktion – Voraussetzung für bezahlbare technische Produkte

Maßsystem

zur eindeutigen

Festlegung der

Produkt-

konstruktion

Maschinen

zur Produktion

nach den

festgelegten

Maßen

Messtechnik

zur Bestimmung

und Prüfung der

Maße


Warum braucht die Koordinatenmesstechnik digitale Datenverarbeitung? Bestimmung eines Ausgleichskreis nach Gauß (MS Excel)

UMM 500

Erstes CNC gesteuerte

3D Koordinatenmessgerät

von 1973

xi yi zi

-1.0000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000

0.5000000e+000 0.0000000e+000 0.0000000e+000

0.0000000e+000 1.0000000e+000 0.0000000e+000

0.0000000e+000 -1.0000000e+000 0.0000000e+0004 Punkte

xi yi Näherungslösung

P1= -1,00000000 0,00000000 MX0= -0,22013229

P2= 0,50000000 0,00000000 MY0= 0,00000000

P3= 0,00000000 1,00000000 R0= 0,88696870

P4= 0,00000000 -1,00000000

b J

d1= -0,10710099 1,00000000 0,00000000 -1,00000000

d2= -0,16683642 -1,00000000 0,00000000 -1,00000000

d3= 0,13697379 -0,21498501 -0,97661735 -1,00000000

d4= 0,13697379 -0,21498501 0,97661735 -1,00000000

JT JT*J

1,00000000 -1,00000000 -0,21498501 -0,21498501 2,09243711 0,00000000 0,42997002

0,00000000 0,00000000 -0,97661735 0,97661735 0,00000000 1,90756289 0,00000000

-1,00000000 -1,00000000 -1,00000000 -1,00000000 0,42997002 0,00000000 4,00000000

JT*d (JT*J)-1

0,00084080 0,48870635 0,00000000 -0,05253227

0,00000000 0,00000000 0,52422911 0,00000000

-0,00001017 -0,05253227 0,00000000 0,25564683

h neue Näherung Summe der Abstandsquadrate

u= -0,00041144 MX1= -0,22054373 0,07682835

v= 0,00000000 MY1= 0,00000000

w= 0,00004677 R1= 0,88701547

MX1= -0,22054373

MY1= 0,00000000

R1= 0,88701547


Agenda

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Zusammenfassung



Dimensionelle Messtechnik in der industriellen Entwicklung

Quelle: Forschungsunion/acatech 2013, DFKI 2011 mit Ergänzungen


Agenda

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Zusammenfassung



Messtechnik heute – Bindeglied zwischen virtueller und reale Welt

Reale

Welt

Virtuelle

Welt

Virtuelles

(CAD)

Modell

Reales

Teil

Messtechnik(Prüfung geometrischer Dimensionen)

Quelle: Imkamp, D./ Berthold, J./ Heizmann, M./ Kniel, K./ Manske, E./

Peterek, M./ Schmitt, R./ Seidler, J./ Sommer, K.-D.: Challenges and trends

in manufacturing measurement technology – The ‘Industrie 4.0’ concept, in:

Journal of Sensors and Sensor Systems (JSSS), open-access peer

reviewed journal published by the Copernicus GmbH (Copernicus

Publications) on behalf of the AMA Association for Sensor Technology,

doi:10.5194/jsss-5-325-2016, 2016.

(Internet 04.11.2016: http://www.j-sens-sens-syst.net/5/325/2016/ )

http://www.j-sens-sens-syst.net/5/325/2016/


Virtuelle (CAD-)Modelle als Eingangsinformation:Modellarten

2D- Linienmodell: Zeichnung 3D- Linienmodell

2 Kreise

und 4 Linien

3D- Flächenmodell

2 Flächen

(Zylinder-

halbschalen)

3D- Volumenmodell

Zylinder

Quelle: Pfeifer, T., Imkamp, D.: Koordinatenmesstechnik und CAx-Anwendungen in der

Produktion – Grundlagen, Schnittstellen, Integration, Carl Hanser Verlag, München 2004. ISBN:

978-3446227330 (English: Pfeifer, T., Imkamp, D., Schmitt, R.: Coordinate Metrology and CAx

Applications in Industrial Production, Carl Hanser Verlag, München 2006).


Ableitung von

Sollwerten

Auswahl von

Messelementen

in der

CAD-Ansicht

Nutzung von CAD-Modellen zur Sollwertfestlegung und Mess-ablauferzeugung

Quelle: Pfeifer, T., Imkamp, D.: Koordinatenmesstechnik und CAx-

Anwendungen in der Produktion – Grundlagen, Schnittstellen, Integration,

Carl Hanser Verlag, München 2004. ISBN: 978-3446227330 (English:

Pfeifer, T., Imkamp, D., Schmitt, R.: Coordinate Metrology and CAx

Applications in Industrial Production, Carl Hanser Verlag, München 2006).

Definition von

Messpunkten und

Scanning-Messwegen

in der CAD-Ansicht


Übertragung von Merkmalen und Toleranzen aus CAD auf Basis der Erweiterung PMI (Product Manufacturing Information)


Stufen der automatisierten Nutzung von PMI Daten zur Messablauferzeugung auf Koordinatenmessgeräten

1. Visualisierung

2. Übertragung der Prüfmerkmalswerte

(Sollwert + Toleranz) in den Ablauf

3. Übertragung der Verknüpfung der Prüfmerkmale

zu den Geometrieelementen in den Ablauf

4. Erzeugung von Messstrategien

für die Geometrieelemente

5. Auswahl geeigneter Sensoren (Taster)

6. Erzeugung von

Umfahrwegen

Voraussetzung: Verknüpfung von

Merkmalen und Elementen im CAD !

Verar-

beitung

der PMI

Daten

Erzeu-

gung

eines

Pro-

gramms

Quelle: Imkamp, D., Gabbia, A.:

Nutzung des PMI Standards zur

automatisierten Übertragung von

Merkmalsdaten in die

dimensionale Messtechnik, in: ITG-

Fachbericht 250, Sensoren und

Messsysteme 2014 zur 17.

ITG/GMA-Fachtagung Sensoren

und Messsysteme 2014vom 03.

bis 04. Juni 2014 in Nürnberg.


Agenda

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Zusammenfassung



Begriffe: Digitalisierung und Virtuelle Messgeräte

A common definition of digitalization

Digitalization is the use of digital technologies to change a business model and provide new revenue and value-

producing opportunities; it is the process of moving to a digital business.Quelle: Gartner IT (Marktforschungsunternehmen) Glossary

Virtuelles Messgerät

Das Konzept des virtuellen Messgerätes beschränkt die Hardwarekomponenten auf ein Minimum. Alle übrigen

für die Messaufgabe notwendigen Funktionen werden durch Programme nachgebildet. Durch unterschiedliche

Software kann ein Aufbau bestehend aus einem Rechner und einer Messwertkarte entweder als digitales

Speicher-Oszilloskop, als Spektrumanalysator , Multimeter oder als Siginalgenerator eingesetzt werden.Quelle: Schrüfer, E., Reindl, L. M., Zagar, B.: Elektrische Messtechnik: Messung elektrischer und nichtelektrischer Größen, Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG,

2012

(...) Modelle von Messsystemen und -Prozessen aufgestellt, um zu einem sogenannten „virtuellen

Messgerät“ sowie einem „virtuellen Messprozess“ zu gelangen und die Akquisition von

Messdaten nachzubilden (...)

Wichtigstes Element ist das Modell des Messgeräts, das sogenannte „virtuelle Messgerät“. Darin werden der

Aufbau des Messgeräts, das zugrundeliegende physikalische Messprinzip und das verwendete

Messverfahren modelliert. Der virtuelle Messprozess besteht jedoch neben dem virtuellen Messgerät auch aus

der „virtuellen Messung“. Daher muss als zusätzliches Element der Prüfling mit seinen Eigenschaften modelliert

werden. (...)

Ziel der Modellierung des Messprozesses ist die Generierung simulierter Messergebnisse, um diese mit

den Ergebnissen realer Messungen vergleichen und Aussagen über die Messunsicherheit treffen zu können.

(...)Quelle: Schmitt, R., et. al.: Virtuelle Messgeräte: Definition und Stand der Entwicklung (English: Virtual Measuring Instruments: Definition and Development Status), in: tm - Technisches Messen,

Oldenbourg Industrieverlag, 75 (2008) 5 S. 298-310.


Automatisierte Bahnplanung am virtuellem Modell für 6-Achsen Koordinatenmessgeräte mit Rauheitssensor


Virtuelles Messgerät zur Ermittlung der Messunsicherheit: Option der ZEISS Messgeräte-software CALYPSO für Koordinatenmessgeräte

Messstrategie:Anzahl Messpunkte

Verteilung Messpunkte

Antastmethode

Ersatzelement

Filter

Umgebung:Temperatur

Schwingungen

Schmutz

Bediener:Aufspannung

Ausrichtung

Messablaufplanung

Sauberkeit

Werkstück:Wert der Formabweichung

Typ der Formabweichung

Welligkeit, Rauheit

Werkstoff

Messgerät:Geräte-Geometrie

Tastsystem

Wegmesssysteme

Steuerung

Messsoftware

Führungsabweichungen


Virtuelles Messgerät zur Ermittlung der Messunsicherheit: Beispiel Simulation von Umgebungsrauschen bei Rauheitsmessungen

P-Profile(trend

removed)

+

Filter (Gauss acc. to

16610-21 with

defined lc, ls and

pre/post removal

of lc)

Parameter

Calculation:

Rt, Ra, Rq(ISO 4288)

R-

Profile

Monte Carlo Simulation

Random

Generator(uniform/normal

distribution;

phase shift)

Statistics:

Mean,

RMS

>=10

iterations

AND

RMS of Rt

change

<0.5%

no

yes

Calculate Uncertainty

Noise Parameter(absolute mean deviation: Ra)

or NOISE-Profile


Agenda

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Zusammenfassung



01 Werkstück wird in der Temperierkammer vorbe-reitet, ZEISS TEMPAR erfasst und protokolliert Werte.

02 Messprogramm wird mit PMI aus den CAD-Daten erzeugt. CALYPSO, über-greifende Messsoftware

03 Messprogramm wird mit Barcodescanner aufgerufen.

04 Tasterkonfiguration wird mit ZEISS FixAssist montiert.

05 Mit ZEISS PiWebQualitätsdaten verwalten und sichere, eindeutige Ergebnisse erhalten.

Geräte und Hilfsmittel im MessraumPotentiale für Vernetzung


ADAptive Manufacturing Open Solutions

Die technische Plattform: https://de.adamos.com/

zusätzlich 2018: Engel Austria und Karl Mayer Gruppe.


ADAMOS is flexible to any infrastructureprovider, offers the platform for key IoT servicesand is the foundation for Apps for clients

ADAMOS as an IoT-platform offers solutions for

Big Data & Real-Time Analytics w/ focus on machine builder requirements

App store & marketplace functionality

Rapid creation of basic web-based apps w/ machine builder focus (condition monitoring, dashboard)

Device Connectivity & Management


Beispiel: PiWeb – Qualitätsplattform für Messergebnisse

DFQ, DFD, DFX ,

DMO, TXT, HOL, CSV,

Native

PiWebmonitor

Non ZEISS

equipment

ZEISS

equipment

Hand gauges

Metrology

data

Production

metrology

equipment

Supplier

portal


PiWeb is suitable for every step in the reporting process andcan be used flexibly -From single details to general overview

Measuring room

Printout

1

Production

Visualization

2

Statistics

Process data

3

Management

Parameters

4


PiWeb is suitable for every step in the reporting processand can be used flexibly -From the general overview down to the last detail

Measuring room

Printout

1

Production

visualization

2

Statistic

process data

3

Management

parameters

4


Beispiel: Smart Services auf Basis von Gerätedaten aus der Qualitätsplattform


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Zusammenfassung



Zusammenfassung: Dimensionelle Messtechnik in der Produktion

• Durch Vernetzung und Steigerung

der Rechenleistung in der

4. industriellen Revolution wird die

einerseits Messtechnik Bindeglied

zwischen realer und virtueller Welt

und nutzt andererseits Virtualität.

• Seit der industriellen (1.) Revolution

ist die Messtechnik Enabler für die

Produktion bezahlbarer Produkte

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