3D-Messung vor Ort

Speziell im Bereich Rapid Prototyping hilft der FaroArm, Formen und Gussstücke genau und flexibel zu vermessen und damit die Qualitätsparameter festzustellen und – soweit möglich – zu verbessern.“Unser Angebotsspektrum reicht von der Werkstofftechnik über das Qualitätsmanagement bis hin zum Umwelt- und Arbeitsschutz“, so der Leiter des Instituts für Gießereitechnik, Dr. Gotthard Wolf.

Einer der Schwerpunktsbereiche des lfG ist die Herstellung von Sandformen und Kernen im Rapid Prototyping-Verfahren. Der verwendete Formstoff entspricht dabei dem bekannten Cronning-Sand mit einer mittleren Korngröße von 0,18 mm. Das angewendete Verfahren ist das selektive Lasersintern, die Maschine dazu kommt von der Münchener Firma EOS (Modell Eosint S700). Sie hat einen Bauraum von 720 x 380 x 400 mm. Die mit dieser Anlage hergestellten Formen können mit allen gängigen Gusswerkstoffen abgegossen werden. „Unser Ziel ist es, für unsere Kunden sehr schnell zu serienidentischen Gussteilen zu kommen“, stellt der für diesen Bereich verantwortliche Institutsmitarbeiter, Dipl.-Ing. Peter Mikoleizik, fest.

Um in seinem Umfeld perfekt arbeiten zu können, wurden eine CAD-Workstation von IBM mit dem Catia-Anwendungspaket „Advanced Part Design“ installiert. „Für die Aufbereitung der CAD-Daten stehen uns weitere Softwaremodule zur Verfügung, so dass die Möglichkeit besteht, CAD-Daten in den Formaten Iges, VDA, DXF und STL zu verwenden.“ (P. Mikoleizik). Um die Prozesskette zu schließen, wurde 1999 für diesen Bereich ein FaroArm der Silber-Serie mit einem sphärischen Messvolumen von 2,40 m angeschafft.

Der Kontakt zu Faro Europe und deren Messtechnik entwickelte sich im Rahmen des Projektes in der Formtechnik zur Verbesserung der Maßgenauigkeit von großen Gussteilen, die durch Handformung entstehen. Faro stellte einen Messarm zur schnellen und flexiblen Vermessung der großen Gussstücke vor Ort in der Gießerei zur Verfügung. Es kam uns darauf an zu klären, bei welchen Prozessschritten sich die Maßketten wie verhielten, um dann einzelne Prozessteile optimieren zu können. Hierbei hat uns der Messarm sehr gut geholfen, u.a. wie wir aus CAD heraus einen direkten Soll-Ist-Vergleich anstellen können“, erklärt Dr. Wolf. Faro hatte für dieses Projekt einen Messarm mit einem sphärischen Messvolumen von 3,70 m kostenlos zur Verfügung gestellt, um seinerseits zu vertieftem Wissen im Gussbereich zu kommen. Die Zusammenarbeit klappte offensichtlich sehr gut, denn mittlerweile hat man einen formalen Kooperationsvertrag geschlossen.

Mit dem Silber-Arm werden im lfG Formen und Kerne, aber auch Gussteile vermessen. Der Datenverbund mit CAD spielt wiederum eine besondere Rolle. Er wird durch die von Faro gelieferte Software CAM 2 Measure gewährleistet. Die Entscheidung für Faro begründen die Gießereifachleute am lfG nicht nur mit den technischen Gegebenheiten und der Preiswürdigkeit der Messsysteme – „Investition und Aufgabe stimmen überein“, sondern vor allem mit der Flexibilität, auf die Messaufgaben „im Guss“ einzugehen. „Es ist mehr dieses ‚Partnerschaftliche‘, Köpfe, die sich verstehen, die uns die Entscheidung für diesen Anbieter leicht machten“ (Dr. Wolf).

Beim Rapid Prototyping stehen, neben den Forschungsaktivitäten, Dienstleistungen in der Prototypenfertigung auf der Tagesordnung. Das Spektrum, das Peter Mikoleizik und seine Mitarbeiter anbieten, reicht von der Erstellung von 3D-CAD-Zeichnungen über die Erstarrungssimulation von Teilen (Magma-Soft) bis hin zur Bereitstellung von Sandformen und -kernen oder sogar fertigen Prototypen-Gussteilen. Ein Großteil der Kunden kommt – nach wie vor – aus den Bereichen Maschinenbau und Automotive.

Dipl.-Ing. Hans Weigert, Vertriebs- und Marketingdirektor bei Faro Europe, sieht den Gussbereich „als einen der strategischen Anwendungsfelder“ für den FaroArm an, neben der Automobilindustrie und der Luft- und Raumfahrt. In der Vergangenheit war das Messen von Präzisionsteilen eine Sache von fest installierten Messmaschinen in speziellen Messräumen. Das war – und ist – nicht nur recht umständlich, besonders bei großen Teilen, sondern auch teuer. Seit etwa 1987 hat sich die amerikanische Firma Faro Technologies Inc. daran gemacht, ein transportables, einfach zu bedienendes und präzises Messgerät zu entwickeln, das hier Abhilfe schaffen könnte. Heraus kam dabei der FaroArm in seinen drei Modellreihen. Nicht zuletzt durch die Fusion mit dem Stuttgarter Softwarehaus Cats GmbH bietet Faro auch eine umfangreiche Palette an Messsoftware in seiner CAM 2 Software-Familie an.

Die im lfG eingesetzte Messsoftware CAM 2 Measure hat Allround-Stärken, speziell in Verbindung mit dem FaroArm. Die Software erlaubt Geometriemessen, Flächenmessen, die Bestimmung einzelner Messpunkte und jegliche Auswertung dafür.

In den letzten Monaten hat Faro einige Neuerungen auf dem Markt eingeführt. „Dazu gehört eine Messschiene, die es erlaubt, das Messgerät seitlich linear zu verschieben. Für die leichte Betätigung sorgt ‚Druckluftschmierung'“ (H. Weigert). Das Schienensystem erweitert den Messraum beträchtlich.

Neu sind auch optische Sensoren, die nun an den Messarmen eingesetzt werden können, „und zwar messend und scannend“, wie Hans Weigert betont. Zusätzlich zu den Möglichkeiten, die der Anwender mit den starren und schaltenden Tastern bereits hat, ermöglicht der Einsatz von Lasersensoren auch das Vermessen von weichen Oberflächen wie Plastilin, Wachs oder Gummi. Die Wolf-&-Beck-Sensoren sind im Gegensatz zu einfachen Triangulationssensoren für das Scannen von Freiformflächen und komplexen Strukturen optimiert. Der optoelektronische Lasersensor OTM3S ist besonders leicht (ca. 200 g) und kompakt aufgebaut und eignet sich daher für den Einsatz zusammen mit dem FaroArm. Durch eine modifizierte Adapterplatte am Messkopf ist die Ausrichtung der Laserachse zur Mittelachse der Sensoraufnahme besonders einfach. Durch die Kunststoffausführung des Gehäuses ist der Sensor noch unempfindlicher gegen Veränderungen der EMV bei volldigitalem Design. Die Systeme, bestehend aus Messkopf und Steuerelektronik – verbunden über ein digitales Interface – bieten maximale Genauigkeit und Zuverlässigkeit.

Als Hauptvorteile nennt Hans Weigert „die hohe Absolutgenauigkeit sowie die Sensorausrichtung, die keinen Einfluss auf die Messergebnisse hat.“ Faro hat mit seiner Art, Messaufgaben zu lösen, großen Erfolg. Im letzten Geschäftsjahr konnte Faro Europe – so wie auch bereits in den Vorjahren – seinen Umsatz wieder beträchtlich erhöhen. Nicht nur die guten Partnerbeziehungen, wie im Fall lfG, geben den Ausschlag für immer neue Abschlüsse, sondern auch handfeste Benchmarks. Vergleichstests, etwa bei VW oder Metronom, ergaben, dass der FaroArm zurzeit das genaueste Messmittel auf portabler Basis ist. Darauf kann man aufbauen. In der Gießereitechnik wie auch in vielen anderen Bereichen. Ob diese Technologie aber auch 4000 Jahre und länger aktuell bleiben wird, muss abgewartet werden.

Das Institut für Gießereitechnik wird getragen von den Verbänden Deutscher Gießereiverband und Verein Deutscher Gießereifachleute. Es bietet heute der Gießereiindustrie Forschung, Beratung und auch Dienstleistungen an. Die 41 Mitarbeiter sind Ingenieure und Naturwissenschaftler, Techniker und Laboranten. Den meist mittelständischen Gießereien eröffnet sich durch die Zusammenarbeit mit dem lfG ein kostengünstiger Weg, um an Forschungsergebnisse oder Dienstleistungen zu kommen. Der Umsatz betrug 1999 6,7 Mio. DM. Davon sind 10% Beiträge aus Gemeinschaftsförderungen und 8% Mitgliedsbeiträge. Der Rest wird durch die Wahrnehmung der genannten Aufgaben erwirtschaftet. Aktuelle Projekte sind in der Metallurgie die Entwicklung neuer Werkstoffe und die Optimierung der bestehenden Prozesstechnik sowie in der Formtechnik die Verbesserung der Maßgenauigkeit von großen Gussteilen, die durch Handformung entstehen.

Der FaroArm ist in drei Modellreihen lieferbar, wobei sich die Arme der Gold-, Silber- und Bronze Millennium-Serie durch ihre Messgenauigkeit unterscheiden. Die erreichbare 2-Sigma-Einzelpunktgenauigkeit beträgt bei der Gold-Serie ±0,025 mm, bei der Silber-Serie ±0,076 mm und bei der Bronze Millennium-Serie ±0,102 mm. Die Palette der verfügbaren Größen beginnt bei 1,2 m und reicht über1,8 m, 2,4 m, 3,0 m bis hinauf zu 3,7 m. Dabei handelt es sich um das sphärische Messvolumen, das zu erreichen ist.

Verglichen mit großen Portalmessmaschinen und Ähnlichem ist die Investition in das FaroArm Komplettpaket recht günstig. Die Arme der Bronze Millennium-Reihe kosten 59900 DM, die Silber-Arme 69900 DM und die Gold-Serie 89900 DM. Neben dem Arm wird im Rahmen des Komplettpakets die CAM2 Software ,Measure‘, ein Laptop, die Schulung und 1 Jahr Garantie mitgeliefert.

Beim CAD-zu-Bauteil-Vergleich, bei prismatischen Messungen, Messungen von Konturen und beim Reverse Engineering bietet der FaroArm – der in einem Koffer transportiert werden kann – direkten Zugriff auf die Istdaten vor Ort. Durch das einfache Berühren, aber auch berührungsloses Abtasten mit den am Arm befindlichen Messsonden und dem Drücken einer Taste, können sofort 3D-Daten aufgenommen und abgespeichert werden.

Neben CAM2 Measure, das beim lfG eingesetzt wird, sind folgende Software-Pakete von Faro verfügbar: CAM2 Automotive: eine durchgängige Messsoftware für den FaroArm und alle traditionellen Messmaschinen. Zugeschnitten auf große Datenmengen und Zusammenbauten. CAM 2 Execute: diese Software erlaubt die Erzeugung von Messlisten und deren wiederholtes Abarbeiten. Das Paket wurde speziell für die Ausführung von „geführten Messungen“ entwickelt.

CAM2 SPC Process: Dies ist ein leistungsfähiges Managementsystem zur Qualitätskontrolle im Fahrzeugbau, das zusammen mit DaimlerChrysler entwickelt wurde und das hohe Datenaufkommen in der Großserienfertigung von Automobilen und dessen firmenweitem Management bewältigt.

CAM2 Analyzer: Dieses Paket macht CAD-Daten überall im Unternehmen verfügbar, ohne die Installation von CAD-Software und teuren Workstations.

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