Vision für den Sieg … Berührungslose Messung übertrifft traditionelle KMG

Alle Fotos mit freundlicher Genehmigung von Roush Yates Engines und Roush Yates Manufacturing Solutions

Die taktile KMG-Antastung hat sicherlich ihren Platz in Mess- und Prüfprozessen, ist jedoch für bestimmte Teilegeometrien und Anwendungen nicht immer eine optimale Lösung. Roush Yates Engines (RYE) aus Mooresville, NC, und seine Produktionsabteilung, Roush Yates Manufacturing Solutions (RYMS), erkannten, dass es bessere Optionen für die Qualitätskontrolle bei Unterlegscheiben und Buchsen gibt, die für das „Next Gen“-Auto von NASCAR hergestellt werden.

RYE ist der exklusive Motorenbauer von Ford Performance für die Spitzenklassen der NASCAR, einschließlich des NASCAR Cup und der Xfinity Series sowie der IMSA Michelin Pilot Challenge. Darüber hinaus ist RYMS ein Präzisions-CNC-Auftragsfertigungsunternehmen mit Fachkenntnissen in der mehrachsigen Bearbeitung von Metall- und Kunststoffteilen mit komplexen Geometrien. Die Eigenproduktion von RYMS umfasst bearbeitete Teile für die Programme Ford FR9 V8 NASCAR und Xfinity Engine für Ford Performance, den Ford Mustang 5.2L V8 sowie Auftrags-CNC-Fertigung für andere Motorsport-, Luft- und Raumfahrt-, Verteidigungs-, Raumfahrt- und Medizinmärkte. Sie liefern auch Teile für das neue NASCAR „Next Gen“-Auto an die Teams Ford Performance, Chevy und Toyota.

Das Qualitätsmanagementsystem von RYMS ist von NSF-ISR nach AS9100 Rev D und ISO 13485 zertifiziert und entspricht den Anforderungen des International Traffic in Arms (ITAR) und der Cybersecurity Maturity Model Certification (CMMC).

Um seine anspruchsvollen Leistungs- und Unternehmensziele zu erreichen, hat sich RYE für Präzisionsmesssysteme und Präzisionswerkzeuge von Starrett entschieden, um sicherzustellen, dass kritische Designspezifikationen auf dem von der Technik erwarteten und geforderten Niveau erfüllt werden. Der Motorsport erfordert strenge Standards, um eine gleichbleibende Qualität zu erreichen. Hinzu kommen komplexe Anforderungen an leistungsstarke und zuverlässige Teile, sodass die Test- und Messprozesse noch anspruchsvoller werden.

RYMS verfügt über zwei gut ausgestattete Qualitätslabore, die über die notwendigen Werkzeuge verfügen, um eine Vielzahl von Teilen zu messen und zu prüfen, die für seine Rennmotoren sowie für externe Kunden hergestellt und geliefert werden.

Ein NASCAR-Motor besteht normalerweise aus 857 Komponenten, daher weisen einige zwangsläufig Geometrien auf, deren Messung und Prüfung problematisch ist. Im Fall der Buchse des NASCAR-Autos „Next Gen“ stellte die Verwendung eines Messtasters zur Messung der Radien an der Hinterschneidung mehrere Herausforderungen dar, die die Prüfzeit und die Kosten erhöhten.

Todd English, Vizepräsident für strategische Partnerschaften und Marketing bei RYE, erklärte: „Um ein klares Bild von der Rolle des Hinterschnitts zu erhalten, ist es hilfreich zu wissen, dass der Hinterschnitt der Buchse zwei Zwecken dient.“ Erstens ermöglicht es eine minimale Fase am Loch im Gegenstück, um die Lagerfläche unter dem Buchsenflansch zu maximieren. Außerdem ermöglicht die Hinterschneidung einen großen Radius, der den Spannungskonzentrationsfaktor in der Buchse reduziert.

Ryan Osborne, Qualitätskontrollmanager bei RYMS, sagte: „Mit einem Touch-Trigger-KMG war es nahezu unmöglich, den Hinterschnitt genau zu überprüfen. Die Radiengröße sowie die Probleme mit dem Werkzeugversatz waren schwer zu erkennen und zu bestimmen.“ English stimmte zu, dass die herkömmliche KMG-Messung nicht gut funktionierte, was zu inkonsistenten Ergebnissen führte.

In einem anderen Beispiel eines Rennwagenteils stellte die Messung einer NASCAR „Next Gen“-Unterlegscheibe zur Einhaltung der Spezifikationen aufgrund der Größe und Ebenheit des Teils eine Herausforderung bei der Messung mit einem KMG dar. Osborne sagte: „Ähnlich wie bei Blech kann es schwierig sein, Kanten mit Touch-Trigger-KMGs zu messen. Die Größe und Dicke der Unterlegscheibe war mit dem KMG schwer zu messen.“ Er fuhr fort: „Wir haben auch versucht, ein Mikrometer zu verwenden, aber das würde den Außendurchmesser verzerren.“ Sowohl für die Buchse als auch für die Unterlegscheibe muss RYE Toleranzen von +/- 0,13 mm einhalten.

RYMS untersuchte mehrere Bildverarbeitungssysteme, um festzustellen, welches System am besten die Kundenanforderungen erfüllt. In die Suche einbezogen wurde Technologie von RYEs langjährigem Partner, The LS Starrett Company (Messtechnikabteilung in Laguna Hills, Kalifornien, und Hauptsitz in Athol, MA).

RYMS untersuchte, wie das Vision-System Starrett AV450 die erste Verteidigungslinie bieten kann, um sicherzustellen, dass die Teile gleich beim ersten Mal richtig hergestellt werden. Wichtige Kriterien für das Bildverarbeitungssystem waren Genauigkeit, Geschwindigkeit und die Fähigkeit, anspruchsvolle Geometrien zu messen. „Das Starrett-System hat alle Kriterien erfüllt und war besonders flexibel und benutzerfreundlich. Deshalb haben wir uns für den AV450 entschieden und ihn in unserem QC-Labor implementiert“, sagte Osborne.

Das 3-Achsen-Bildverarbeitungssystem AV450 bietet eine kostengünstige Lösung für die Durchführung von Inspektionen mit hohem Durchsatz und eignet sich sowohl für sich wiederholende Anwendungen mit größeren Teilmengen als auch für die routinemäßige Qualitätssicherung. Der Starrett AV450 verfügt über einen größeren X-, Y- und Z-Messbereich von 18 Zoll x 14 Zoll x 8 Zoll (457 mm x 356 mm x 203 mm), eine hochauflösende Videozoomoptik und kann vorprogrammiert werden (CNC). für die wiederkehrende Teileprüfung oder manuell über einen Trackball für Einzelmessungen gesteuert. Mit seinem äußerst stabilen mechanischen Design, den präzisen Linearlagern und der reibungslosen Bewegung des Tisches sind maximale Leistung und Durchsatz problemlos erreichbar. Der Durchsatz wird durch die MetLogix™ M3-Software weiter verbessert, die die Videokantenerkennung und Mehrkanal-Glasfaser- oder LED-Beleuchtung steuert. Computergesteuerte Quadranten-Ringbeleuchtung (LED), Unterbühnenbeleuchtung und optionale Beleuchtung durch die Linse erfüllen die anspruchsvollsten Beleuchtungsanforderungen.

Die Genauigkeit des automatischen Bildverarbeitungssystems Starrett AV450 beträgt 2,5 + 5 L/1000 und die Leseauflösung beträgt 4 µin (0,1 µm). Die Vergrößerung auf einem 24-Zoll-Monitor mit 1:1-Pixeleinstellung beträgt 31x bis 198x bei 6,5:1-Zoom und 26x bis 310x bei 12:1-Zoom. Das System verfügt über eine digitale 1,3-Megapixel-Farbvideokamera und einen Präzisions-Granitsockel.

Der AV450 verfügt außerdem über eine externe Bewegungssteuerungseinheit und umfasst ein Windows®-basiertes Betriebssystem mit einer Bedienerschnittstelle über einen Desktop-PC mit einem 24-Zoll-Touchscreen-Monitor sowie Wi-Fi-Netzwerkkonnektivität. CAD-Dateien können importiert/exportiert sowie Berichte erstellt und archiviert werden. Die M3-Messsoftware unterstützt 3-Achsen-Messungen und geometrische 2D-Konstrukte (wie Punkte, Linien, Winkel, Rechtecke und Schlitze) sowie Korrekturen für Ebene, Schräge und Bezugsursprung. Die Touchscreen-Funktionalität mit Pinch-, Wisch- und Berührungsfunktionen ermöglicht eine intuitive Bedienung für alle Benutzer.

English sagte: „Das Vision-System von Starrett war in der Lage, die Hinterschneidung der Buchse genau, effizient und zeitnah zu messen.“ Osborne stimmte zu: „Wenn es um die Prüfung kleiner Radien geht, ist das Vision-System herkömmlichen Touch-Trigger-KMGs weit überlegen. Durch mehrere optische Zoomstufen können wir die Tangentenlinien der Radien klar erkennen und unseren Maschinisten wichtige Rückmeldungen zu anspruchsvollen Merkmalen geben.“ Osborne bemerkte auch, dass man alternativ einen optischen Komparator zur Messung der Buchse hätte verwenden können, aber das Bildverarbeitungssystem sei in puncto Geschwindigkeit und Benutzerfreundlichkeit überlegen.

„Dank der Schnelligkeit und Benutzerfreundlichkeit konnten wir schnell feststellen, welche Maschinenanpassungen erforderlich waren. Mithilfe der Bildverarbeitungstechnologie können wir die Größe des Hinterschnitts messen und eventuelle kleine Abweichungen am Flansch erkennen“, fuhr Osborne fort.

Bei der Messung der Unterlegscheibe sind die Vorteile des Vision-Systems ebenso beeindruckend, insbesondere hinsichtlich der Erzielung von Genauigkeit und Wiederholbarkeit. Die Kamera des Bildverarbeitungssystems fokussiert auf das Teil, ohne dass es berührt werden muss, und stellt so sicher, dass die Abmessungen innerhalb der Spezifikationen liegen. Osborne sagte: „Durch den Einsatz des Bildverarbeitungssystems haben wir die Notwendigkeit und den Zeitaufwand für die Prüfung des Teils durch ein KMG eliminiert. Außerdem müssen wir zur Überprüfung des Außendurchmessers keine manuellen Messmethoden mehr verwenden, wodurch Bedienerfehler vermieden werden.“ Da es schwierig sein kann, mit einem KMG oder Mikrometer genaue Außendurchmessermessungen an dünnen Unterlegscheiben zu erhalten, bietet das Bildverarbeitungssystem mehrere Vorteile. Die Ergebnisse sind wiederholbar und RYMS kann schnell Messpunkte über den gesamten Außendurchmesser des Teils auswählen und so umfassende Datenergebnisse gewährleisten.

Die Rüstzeit wurde verkürzt, die Teilequalität verbessert und die Lieferzeiten werden eingehalten. Osborne sagte: „Der AV450 spart Zeit bei der Prüfung des ersten Teils, da er sofort gute Messungen erhält, anstatt während der Produktion immer wieder prüfen zu müssen, ob die Abmessungen gut sind oder nicht. Wir haben seit der Implementierung des Systems Hunderte von Stunden eingespart.“ Bei einem jährlichen Teilevolumen von über 12.000 Stück für die Unterlegscheiben und Buchsen zusammen ist es für RYMS ein enormer Gewinn, die Arbeit von Anfang an korrekt zu erledigen.

Am 26. Mai 2023 überreichte NASCAR-CEO Jim France Roush Yates Manufacturing Solutions (RYMS) die NASCAR-Auszeichnung „Next Gen“ als Lieferant des Jahres 2022. Diese Anerkennung war eine einstimmige Entscheidung aller Teams der über dreißig Einzellieferanten der Cup-Serie. Diese Auszeichnung ist der Höhepunkt eines Projekts, das 2019 begann, und steht für unzählige Stunden harter Arbeit und Hingabe, die RYMS-Mitarbeiter und strategische Lieferanten geleistet haben.

RYMS hat seit 2021 und bis heute Tausende von Achsschenkeln, Stabilisatoren, Schaltgestängen, Getriebehalterungen, Hardware und Zubehör für die NASCAR-Cup-Serie geliefert. Sie liefern einige der zuverlässigsten Teile am Auto, bisher gab es keine Ausfälle.