Modellbasierende Produktdefinition MBD verbindet Konstruktion und Messtechnik

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

PTC und Zeiss entwickeln eine Lösung für die automatische Übergabe von Fertigungsdaten in die Messmaschinenprogrammierung. Damit arbeiten Konstruktion und Messtechnik Hand in Hand – mit reduziertem Aufwand und weniger Fehlern.

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Um Konstruktion und Messtechnik besser zu verzahnen, entwickeln PTC und ZEISS eine automatische Übergabe von Fertigungsdaten in die Messmaschinenprogrammierung.
Um Konstruktion und Messtechnik besser zu verzahnen, entwickeln PTC und ZEISS eine automatische Übergabe von Fertigungsdaten in die Messmaschinenprogrammierung.
(Bild: PTC)

Die Messmaschinen von Zeiss sind bekannt für ihre Qualität und Präzision. Doch wie in allen Bereichen wird auch hier die Software, die die Messmaschine steuert, immer wichtiger. Im Zusammenhang mit dem Thema Model Based Definition (MBD) wurde Zeiss immer häufiger mit der Frage konfrontiert, wie im CAD-System CAD-Modelle erstellt werden müssen, um eine messtechnisch korrekte Übertragung der MBD nach Zeiss Calypso, der CAD-basierten Messsoftware von Zeiss, gewährleisten zu können. Aus diesem Grund fand in einem gemeinsamen Projekt von PTC Creo und dem Zeiss Quality Excellence Center ein Wissenstransfer statt; Ziel war es, die schon seit mehreren Zeiss-Calypso-Softwareversionen existierende Importfunktion, die Product and Manufacturing Information (PMI) aus Creo-CAD-Modellen übernimmt, so zu erweitern, dass Konstruktion und Messtechnik optimal zusammenarbeiten können.

Was ist MBD und welche Vorteile hat es?

Modellbasierte Definition (MBD) dokumentiert Informationen, die für die Herstellung und Prüfung von Teilen und Baugruppen in 3D-CAD-Modellen erforderlich sind. Die Technologie hat zahlreiche Vorteile für den Produktentwicklungsprozess: Laut einer Studie des National Institute of Standards and Technology (NIST) kann MBD den Prozess vom Entwurf über die Fertigung bis zur Prüfung um 78,4 Prozent verkürzen.
Warum ist MBD effizienter als die traditionelle Methode mit 2D-Zeichnungen?
Weil die 3D-Anmerkungen im CAD-Modell semantisch sind, was bedeutet, dass andere Software sie verstehen kann. Anstatt ein PDF oder einen Ausdruck einer Zeichnung weiterzugeben, wird entweder die ursprüngliche native Teiledatei oder eine CAD-neutrale Step-Datei verwendet. Wenn diese Dateien in einer CAM-Software (Computer Aided Manufacturing) oder einer Prüfsoftware für Koordinatenmessgeräte (CMM) geöffnet werden, erkennt die Software die 3D-Anmerkungen und ihre geometrischen Referenzen. So müssen die Informationen von einer Zeichnung nicht in eine nachgeschaltete Software übersetzt werden. Dies ist schneller und reduziert Fehler.

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2D-Zeichnung als Basis für die Prüfplanerstellung

Das übliche Vorgehen ist bisher, ein 3D-Modell aus dem CAD-System in Zeiss Calypso zu importieren und dann mithilfe der Software anhand einer technischen 2D-Zeichnung die Messungen zu definieren. Der Anwender bestimmt für die Messelemente die entsprechende Messstrategie: beispielsweise einen Kreis durch das Antasten von drei oder mehr Punkten zu messen. Zum Messen eines Zylinders werden an verschiedenen Höhen mehrere solcher Kreismessungen absolviert.

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Das bedeutet konkret: Der Anwender interpretiert die 2D-Zeichnung und überträgt die Angaben der Informationen auf das 3D-Modell und den Prüfplan. Dabei stellt die Messsoftware dem Anwender bereits einige Funktionalitäten zur Verfügung, welche diese Programmierung vereinfachen. Trotzdem ist dieser Ablauf relativ zeitaufwendig und birgt ein gewisses Fehlerpotential.

Die Herausforderung ist, dass 3D-Geometrie und Maße sowie Toleranzen und andere Hinweise bis heute sehr oft getrennt definiert werden – auf Basis der 3D-Geometrie wird eine Zeichnung abgeleitet, in der dann Maße und geometrische Toleranzspezifikationen hinterlegt werden. Diese Maße und Toleranzen sind wiederum die Soll-Werte für die Messung und werden in Zeiss Calypso mit einer Messstelle verknüpft.

Model Based Definition verbindet 3D-CAD und Messen direkt

Die Technologie Model Based Definition (MBD) schafft hier Abhilfe: MBD-fähige CAD-Systeme ermöglichen das Definieren von Maßen, geometrischen Tolerierungen als PMI direkt am 3D-Modell. Die MBD-Daten ersetzen nicht nur die Zeichnung, sie sind zudem maschinenlesbar, vor allem, wenn sie nach dem ISO-GPS-System (Geometrische Produktspezifikation) definiert sind. Beata Schönberg, Produktmanagerin für die Software Zeiss Calypso und Metrology Standards, erinnert sich an den Beginn der Zusammenarbeit mit PTC: „Philipp Willier, Leiter der Zeiss Quality Excellence Center in Köln und Ostfildern, und ich kamen vor etwa einem Jahr mit Katrin Schillack von PTC ins Gespräch, wie wir unsere vielen gemeinsamen Kunden bei ihrer Arbeit besser unterstützen können. Es zeigte sich, dass MBD großes Potential hat, den Prozess wesentlich zu vereinfachen.“ Katrin Schillack ergänzt: „Viele PTC-Kunden nutzen Modellbasierende und das Thema MDB wird immer wichtiger in den Kundengesprächen. Da bot es sich an, gemeinsam die Voraussetzungen zu schaffen, dass die in MBD hinterlegten Daten in Zeiss Calypso genutzt werden können.“

Die GPS-Normen erfordern ein Umdenken beim Konstrukteur

Schönberg erläutert: „Die GPS-Norm fordert vom Konstrukteur beim Bemaßen ein Umdenken: Heute wird üblicherweise die Länge einer Kante oder eine theoretische Verschnittkante zwischen zwei Flächen bemaßt – solche „Maße“ lassen sich aber mit einem taktilen Messsensor nicht antasten. Die PMI sollten dabei nicht auf der Mittellinie eines Zylinders definiert werden, sondern es geht immer darum, Maße und Toleranzen an antastbare geometrische Elemente zu binden.“ Für eine MBD-gerechte PMI-Definition verknüpft man die Informationen mit Flächenelementen. Längenmaße werden über die beiden parallel stehenden Flächen definiert, Bohrungen auf die Zylinderfläche. Creo überprüft beim Definieren die PMI in Echtzeit auf Plausibilität und markiert unsinnige Eingaben in Rot.

Intelligente Schnittstelle automatisiert die Datenübergabe

Bereits in der Zeiss-Calypso-Softwareversion 2016 hatte Zeiss eine PMI-Schnittstelle sowie einen Konverter für das Einlesen von MBD-Daten integriert. Mithilfe der PMI-Informationen und der zugehörigen Geometrie schlägt die neueste Softwareversion die passende Messstrategie vor. So definiert die Software beispielsweise bei einem Zylinder automatisch die Antastungen im Kreis und mehrere Kreise über die Länge des Zylinders als Messstrategie. Die komplette Definition der Messmerkmale und Prüfmerkmale im Messplan von PMI erfolgt automatisch, der Messtechniker muss lediglich die Ausrichtung des Teiles auf dem Messgerät und die Taster beziehungsweise Sensoren festlegen, gegebenenfalls die Reihenfolge der Messungen optimieren, Verfahrwege festlegen und eine Kollisionskontrolle durchführen. Eine Simulation mit grafischer Verfahrwegsanzeige erleichtert die Kontrolle des automatisch erstellten Messplans. Auch ist es möglich, nur ausgewählte PMI in die Messung aufzunehmen.

Ein großer Vorteil ist dabei, dass die Messsoftware Zeiss Calypso auch die Benennungen der Prüfmerkmale vom CAD-System übernimmt. So wissen Konstrukteur und Messtechniker immer, dass sie vom selben Element sprechen.

Beata Schönberg, Produktmanagerin für die Software Zeiss Calypso und Metrology Standards

Ausblick: Rollout im Sommer 2021

Die Zeitersparnis könne sich sehen lassen – das Anlegen jedes Messelements und jedes Prüfmerkmals inklusive Messstrategie dauerte bisher etwa zwei Minuten, das summierte sich bei Dutzenden von Merkmalen an einem Bauteil. Heute schaut man die automatisch erstellten Prüfpläne durch, optimiert die Reihenfolge, definiert Verfahrwege und kann anschließend direkt seine Messungen auf dem entsprechenden Messgerät durchführen. Dabei kann man sicher sein, dass die automatische Prüfung in Creo überflüssige Messungen oder PMI, die nicht an eine Geometrie angebunden sind, erkennt und der Konstrukteur ein sauber definiertes MBD-Modell liefert.

Aktuell planen die Unternehmen, die MBD-Weiterbildung zwischen Creo und Zeiss Calypso für gemeinsame Kunden im Sommer 2021 auszurollen. In der Zusammenarbeit zwischen sei eine Lösung entstanden, die nicht nur Effizienz und Zeitersparnis verspricht, sondern auch die beiden Disziplinen Konstruktion und Qualitätskontrolle enger zusammenrücken lässt.

Zeiss: Experte für CNC-basierte Koordinatenmessgeräte

Die Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH ist Experte für CNC-Koordinatenmessgeräte und bietet innovative Technologielösungen in weltweit über 32 Sales- und Service Organisationen. Das Angebot umfasst Hardware (Portalmessgeräte, Industrielle Computertomographen, Oberflächen- Kontur- und Messgeräte, Mikroskope) sowie Software, Service und Zubehör. Alle systemrelevanten Module wie die Steuerung, Sensoren, Messysteme, Zubehör und Software werden selbst entwickelt und hergestellt, darunter die CAD-basierte Messsoftware Zeiss Calypso.

Mehr Infos zu Zeiss Calypso.

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