Zuverlässig, schnell und präzise unterstützt ein Laser-Messsystem die Fertigung chirurgischer Instrumente. Es ist auf vier Bearbeitungszentren im mannlosen Betrieb rund um die Uhr im Einsatz.
Um im wettbewerbsintensiven Umfeld der Chirurgieinstrumente-Hersteller erfolgreich zu sein, ist ein moderner und hochautomatisierter Maschinenpark eine Voraussetzung. Diesen hat die S. + A. Martin GmbH + Co. KG, Rietheim-Weilheim, aus drei Hermle-Fräsmaschinen, von denen zwei per Roboter bestückt werden, und einer Robotdrill- Maschine von Fanuc aufgebaut. Eine wichtige Rolle für den Erfolg spielt jedoch auch die Messtechnik: LaserControl NT, ein von Blum-Novotest für die rauen Bedingungen in Bearbeitungszentren entwickeltes Messsystem, wird auf allen vier Maschinen genutzt.
Das System meldet den einfachen Werkzeugbruch, trägt aber auch zur berührungslosen Werkzeugeinstellung in Länge und Radius bei. Daneben wird es zur Einzelschneidenkontrolle genutzt wie auch zur Prüfung auf Einspann- und Rundlauffehler und zur Form- und Verschleißüberwachung. Zur automatischen Werkstückmessung werden darüber hinaus Messtaster verwendet.
Die Rietheim-Weilheimer fräsen, montieren, polieren und schleifen im eigenen Haus. Die Bearbeitungszentren arbeiten dabei mannlos rund um die Uhr. Das Laser-Messsystem hat daran entscheidenden Anteil. Schließlich wird jedes Werkzeug früher oder später µm-genau vermessen. Vor dem Einwechseln eines neuen Werkzeugs werden seine frisch gemessenen Längen- und Radiuswerte automatisch in den Werkzeugkorrekturspeicher übertragen. Damit gehören Tippfehler der Vergangenheit an, und das vorhandene Werkzeugvoreinstellgerät kommt kaum zum Einsatz.
Das Spektrum der Werkzeuge, die beim Instrumentenhersteller gebraucht werden, reicht vom Bohrer mit einem Durchmesser von 0,8 mm bis hin zu Schaftfräsern, Sägeblättern und Radiusfräsern. Das Laser-System wird neben der Einstellung dieser Werkzeuge auch zur Werkzeugüberwachung zwischen den Bearbeitungsschritten verwendet. Für die Sägeblätter haben die Fertigungsexperten eine Einzelschneidenkontrolle vorgesehen. Die Bohrer werden sekundenschnell auf Bruch geprüft. Die Schaft- und Radiusfräser wiederum werden per Einzelschneidenkontrolle abgescannt.
Dabei ist die Verschleiß-Toleranz vorgegeben. Erkennt das System, dass die Verschleißgrenze erreicht ist, wird ein Werkzeug einfach durch ein Schwesterwerkzeug ersetzt. Dahinter steht eine intelligente Messstrategie: Die Werkzeugüberwachung erfolgt grundsätzlich nach der Bearbeitung, in dem Wissen, dass ein intaktes Werkzeug auf ein fehlerloses Werkstück schließen lässt. Erkennt der Laser jedoch, dass ein Werkzeug gebrochen oder stumpf ist oder ein Sägeblatt einen Schneidenausbruch aufweist, wird die Palette ausgeschleust und eine neue Palette eingewechselt.
Bei manchen Werkzeugen kann am Fräser eine werkstoffbedingte Aufbauschneide entstehen. Auch dieses Phänomen erkennt der Laser sicher, da der Längen- oder Radiuswert des Werkzeuges außerhalb der vom Bediener vorgegebenen Toleranz liegt. „Dieses Phänomen einer Aufbauschneide tritt bei uns jedoch nur im Stahlbereich auf“, erläutert Ludwig Martin, Chirurgiemechaniker bei S. + A. Martin. „Bearbeiten wir Titan, haben wir dieses Problem nicht.“ Dann wird das Werkzeug während der Bearbeitung nur auf Verschleiß und Bruch geprüft.
Solche präzisen Messungen in verschmutzter Umgebung sind immer noch eine technische Herausforderung. Kühlmittel ist für die Fertigung zwingend notwendig, birgt jedoch die Gefahr von Fehlmessungen. Daher ist das Laser-Messsystem während der Bearbeitung mechanisch durch einen pneumatisch betätigen Verschlusskolben aktiv gegen Kühlmittel abgedichtet. Darüber hinaus wird das rotierende Werkzeug vor der Messung mit Druckluft gereinigt. Ein Sperrluftstrom schützt während der Messung vor Verschmutzungen. „Mit der patentierten NT-Technologie und durch den integrierten Mikroprozessor kann das Messsystem eine so genannte ziehende Messung durchführen, wodurch der Kühlmittelstöreinfluss eliminiert wird“, erklärt Erhard Strobel aus dem Technischen Vertrieb von Blum-Novotest.
Eingesetzt wird das System aber nicht nur zur Werkzeugüberwachung, sondern auch zur thermischen Kompensation. Ist eine Maschine am Wochenende nicht gelaufen oder schwankt die Temperatur in der Halle, erfährt die Maschine nach Inbetriebnahme eine temperaturbedingte Veränderung. Das führt zu Maßabweichungen am Werkstück. „Diesem Problem kann man mit dem Laser-System durch eine Kalibrierung begegnen“, erläutert Winfried Weiland, Vertriebsingenieur bei Blum-Novotest. Die Abweichung wird als additive Werkstück-Nullpunktverschiebung in der Steuerung verrechnet.
Theo Drechsel Fachjournalist in Unterschleißheim
Der Anwender
Die S. + A. Martin GmbH + Co. KG, Rietheim-Weilheim, stellt mit zehn Mitarbeitern chirurgische Instrumente insbesondere für amerikanische Großkunden her. Zur Produktpalette gehören Knochenstanzen, die hauptsächlich für Bandscheibenoperationen verwendet werden, genauso wie Pinzetten, mit denen Gefäße oder Gewebe gefasst werden, sowie Nadelhalter aus Titan, die sehr leicht und nicht magnetisch sind.
Ihr Stichwort
- Laser-Messsystem
- Mannlose Fertigung von Chirurgieinstrumenten
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