Der Schwan-Stabilo Konzern ist vielen als Hersteller von Schreibgeräten bekannt. Weit weniger bekannt ist, dass der Bereich Schwan-Stabilo Cosmetics verschiedenste Kosmetikstifte im Auftrag namhafter internationaler Kosmetikfirmen herstellt. Am Standort Weißenburg wurde Anfang 2009 eine neue Produktionshalle für die Kunststoffspritzerei in Betrieb genommen. Im Zuge der Ausgründung des Bereiches Kunststofftechnik wollte das Unternehmen auch die Qualitätssicherung neu organisieren und mit moderneren Geräten ausstatten. Das bisher für die Erstmusterprüfung eingesetzte optische Messgerät sowie das primär für den Werkzeugbau verwendete taktile Koordinatenmessgerät (KMG) Eclipse von Carl Zeiss waren dadurch limitiert, dass entweder nur optisch oder nur taktil gemessen werden konnte. Schnell wurde der Geschäftsführung und dem QS-Mitarbeiter Markus Meier klar, dass nur ein Multisensor-Koordinatenmessgerät die aktuellen und zukünftigen Anforderungen erfüllen kann. Denn die produzierten Teile erfordern eine kombinierte optische und taktile Messung der Merkmale, deren Ergebnisse schnell und in einem aussagekräftigen Messprotokoll zur Verfügung stehen sollen.

Hohe Anforderungen an Präzision und Homogenität

Darüber hinaus ergibt sich aufgrund der vorherrschenden Teilegeometrie auch die Forderung nach einem Drehtisch, um die Rundteile aus Kunststoff vollständig mit minimaler Bewegung der Messachsen des KMGs zu prüfen.

Die Anzahl der bei dem Unternehmen produzierten Teile pro Spritzgießvorgang hat sich insbesondere durch den Einsatz von Multi-Kavitäten erhöht. Bei Schwan Cosmetics Kunststofftechnik werden damit bis zu 32 Teile in einem Vorgang gespritzt. Mehr als 380 Millionen Kunststoffteile verlassen so jährlich die Produktionsanlagen. Bei Multi-Kavitäten-Werkzeugen sind die Anforderungen an Präzision und Homogenität höher als bei herkömmlichen Spritzgusswerkzeugen. Bei so hohen Durchsätzen ist das richtige Einrichten und Einfahren der Werkzeuge entscheidend. Im Rahmen von Erstbemusterungen prüft das Unternehmen die von den Werkzeugen produzierten Teile. Erst wenn Prozesssicherheit erreicht ist, wird das Werkzeug für die Serienfertigung freigegeben. Deshalb benötigte die Qualitätssicherung ein Messmittel, das flexibel und auch schnell aussagekräftige Ergebnisse liefern kann.
Endkunden wünschen heutzutage eine hohe Farben- und Oberflächenvielfalt. Bei der Herstellung der Kunststoffkomponenten ist die Nutzung unterschiedlicher Farben eine besondere Herausforderung. Für die farbigen Komponenten verwendet das Unternehmen vorwiegend typische Kunststoffe wie ABS oder PP. Funktionsteile bestehen aus POM. Damit die Funktion eines Kosmetik-Stifts gewährleistet ist, müssen die einzelnen Kunststoffkomponenten Maßtoleranzen von 0,02 mm erfüllen. Die Einhaltung der Toleranzen aller dieser Teile hat eine hohe Bedeutung. Unter den verschiedenen Bedingungen muss jederzeit die Funktion gewährleistet sein. Möchte eine Endkundin zum Beispiel ihre Lippen nachziehen, muss sich die Verschlusskappe des Lipliners jederzeit problemlos öffnen und der Farbkern sich aus dem Behälter herausdrehen lassen. Das Qualitätsmerkmal einer jederzeit zuverlässigen Funktion ist definiert durch die benötigte Abzugs- oder Drehkraft.

Vielfältige Anforderungen an das Messgerät

Die Anforderungen an das Messgerät sind also vielfältig. Es soll schnell Ergebnisse liefern, einfach zu bedienen sein und sich für verschiedene Messanforderungen eignen. Schließlich fiel die Entscheidung für O-Inspect von Carl Zeiss. Nicht zuletzt auch deshalb, weil der Messgerätehersteller flexibel auf die Forderung nach einem Drehtisch reagiert hat und im Rahmen eines Pilotkundenvertrags dem Produzenten erstmals einen Drehtisch für das Gerät lieferte. Aber auch der ganzheitliche Ansatz der Messsoftware Calypso, die bedienerfreundliche optische und taktile Messung unter einer Oberfläche vereint, beeinflusste die Entscheidung.

Nachdem ein Musterwerkzeug für ein neues Kunststoffteil hergestellt wurde, prüft Meier, verantwortlich für die Erstmusterprüfung, die ersten gespritzten Musterteile mit dem Multisensor-Messgerät. Basierend auf diesen Erkenntnissen wird ein Serienwerkzeug konstruiert. Im Rahmen einer Null-Serie mit dem Serienwerkzeug werden die Teile stichprobenartig gemessen. Ist die Qualität in Ordnung, wird das Serienwerkzeug freigegeben. Einmal in der Produktion wird nur eine Prozesskontrolle durchgeführt. Deshalb muss sich Meier auf die Ergebnisse absolut verlassen können. Die Messungen an den Teilen erfolgen optisch und taktil, je nachdem welches Verfahren für das Merkmal passender ist. Der Drehtisch an dem Messgerät ermöglicht bei Rundteilen einen effektiven Messablauf, da sie insbesondere bei der optischen Messung nicht mehr umgespannt werden müssen. Der Drehtisch lässt sich auch auf dem Messgerät verschieden positionieren (vertikal/horizontal) und ist vom Bediener auf- und abbaubar. Für die taktile Messung steht auch jederzeit der integrierte Scanning-Messkopf Vast XXT zur Verfügung. Messwerte von Kanten und Hinterschneidungen sowie kleine Innengeometrien liefert das Zoomobjektiv Discovery.V12. Die Ergebnisse – taktil und optisch – sind in einem Protokoll dargestellt.

Neue Technologie
Taktil und optisch

Das Multisensor-Koordinatenmessgerät O-Inspect verfügt über zwei gleichwertige Systeme. Mit Vast XXT ist Scanning als Standardfunktion integriert und sorgt für hohe Genauigkeit. Zusätzlich zu diesem taktilen Messsystem ist das Gerät mit einem optischen Sensor ausgestattet. Der optische 2D-Kamerasensor arbeitet mit einer hochgenaue Bildverarbeitung und einem 12x Zoomobjektiv. Dieses nimmt auch extrem kleine oder komplexe Messelemente gestochen scharf wahr. Zusätzlich wurde in den Kamerasensor ein professioneller HD-Messkamera-Chip integriert.

Autor

Über den Autor

Christoph Stark, Produktmanager, Zeiss, Oberkochen, info@zeiss.de