3-D-Vermessung mit Lasern

Fraunhofer-Vision Leiter der Geschäftsstelle, Dr.-Ing. Norbert Bauer,

Eine 3-D-Messmaschine kann ein Werkstück räumlich mit hoher Genauigkeit erfassen und besteht aus einem mechanischen Teil, einer Sensorik und einer computergestützten Auswertung. Die mechanische Komponente nimmt den Prüfling auf und sorgt für die notwendige Bewegung der Sensoreinheit. Die Sensoren können je nach Anwendungsfall und Beschaffenheit des Prüflings unterschiedlich ausgeführt sein. Grundsätzlich wird hier zwischen tastenden und berührungslosen Verfahren unterschieden. Tastende 3-D-Messmaschinen sind in der Industrie etabliert. Die Lage eines Messpunktes ist hierbei bei hinreichend festen Oberflächen durch die Stellung der Koordinatenachsen, das heißt die Ergebnisse der dort vorhandenen Wegmesssysteme eindeutig definiert. Lasermesssysteme arbeiten dagegen berührungslos bei erheblich reduzierter Messzeit und kommen daher in vielen Fällen zur Hundertprozent-Kontrolle in der Produktion in Frage.

Für die optische 3-D-Messtechnik existieren eine Reihe unterschiedlicher Verfahren und Systeme, die mit punkt-, linien- oder flächenhafter Antastung der Prüflinge eine Genauigkeit von bis zu 1 µm erreichen. Die erzielbare Genauigkeit hängt dabei von der Größe des Messfensters und der zur Verfügung stehenden Messzeit ab. Derzeit kann etwa der zehntausendste Teil der größten Abmessung aufgelöst werden. Für die punkt- oder linienförmige Antastung werden laserbasierende Systeme eingesetzt. Bild 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer optischen Messmaschine mit Lasertechnik. Auf einer massiven Grundplatte wird der Prüfling gespannt und entsprechend der Messaufgabe automatisch bewegt. Eine Kamera erfasst Form und Lage des vom Prüfling reflektierten Laserlichtes und leitet die Informationen zur Auswertung an einen Computer weiter.

Eine Realisierung dieses Konzepts zur Vermessung von Felgen zeigt das Bild 2. Wegen der Symmetrie der Felgen ist hier zur Messung nur eine Drehung erforderlich. Der Messablauf gestaltet sich folgendermaßen:

Die Felge wird über ein Spannfutter zentriert und gespannt. Zwei Lichtschnittsensoren erfassen einen Konturschnitt an der Außenseite und ein dritter Lichtschnittsensorcirca 75 Prozent des Konturschnitts an der Innenseite. Über einen Rundschalttisch kann die Felge in 20 Positionen (18° Schritte) gedreht werden. Die gesamte Messung benötigt etwa 18 Sekunden. Die Messunsicherheit beträgt bei dieser Anwendung 20 Mikrometer. Mit der Software Contur Control werden die 20 gemessenen Konturschnitte mit den CAD-basierten Solldaten verglichen und Toleranzabweichungen angezeigt und protokolliert.

Weitere Informationen A QE 602