Interferometrische Systeme für die berührungslose Vermessung der Form an funktionsrelevanten Flächen von präzisen mechanischen Bauteilen werden zunehmend auch in der Fertigungsumgebung eingesetzt. Zwei Alternativen hierfür sind: ein im Punkt messendes Tastsystem oder eine flächenhaft messende Maschine auf Basis eines Weißlicht-Interferometers.
Seit mehreren Jahren werden in der Entwicklung, im Messraum und der Fertigung von präzisen mechanischen Bauteilen interferometrische Messsysteme eingesetzt, um die Formen an funktionsrelevanten und oft kleinen und schwer zugänglichen Flächen berührungslos zu vermessen. Hier kann man insbesondere zwischen zwei Typen von interferometrischen Messmaschinen unterscheiden:
- eine flächenhaft messende Maschine auf der Basis eines Weißlicht-Interferometers.
- scannende Maschinen mit einem interferometrischen, im Punkt messenden Tastsystem
Formmessmaschinen mit interferometrischem, im Punkt messendem Tastsystem werden eingesetzt, um rotationssymmetrische Objekte präzise zu vermessen – zum Beispiel Zylinder, Kegel, Planflächen. Typische Messmerkmale sind Rundheit, Geradheit, Parallelität, Zylinderform, Kegelwinkel und Durchmesser. Seit 2003 erfolgreich im Einsatz im Messraum sind zum Beispiel:
- die universelle Messmaschine MFU110WP von Mahr für präzise und komplexe Messaufgaben,
- die optische Koordinatenmessmaschine Altera Nano von Hexagon für die berührungslose Vermessung von Einspritzlöchern,
- die schnelle Zylinder-Messmaschine FMS1000 von Bosch, ausgestattet mit luftgelagerter Spindel mit 1000 rpm und einem Rundlauffehler < 50 nm.
Alle drei Messmaschinen sind mit dem optischen Heterodyn-Interferometer von Bosch ausgestattet.
3D-Vermessung im Mikrometerbereich
Im Jahr 2013 wurde die Rundheits- und Kegelmessmaschine FMS100 mit interferometrischem Tastsystem besonders für den Einsatz in der Fertigungsumgebung entwickelt und realisiert.
Diese ist für kleine Teile mit typischen Form-Messmerkmalen mit Toleranzen > 1 µm in einem Messvolumen von 0,5 l konzipiert. Der mechanische Aufbau mit den luftgelagerten Z-und C-Achsen wurde kompakt und stabil realisiert, damit präzise Messungen auch in einer Fertigungshalle durchgeführt werden können. Für die Bauteile mit ausreichend genauer Spannfläche wurde ein spezielles Spannmittel konstruiert. In der Verbindung mit dem berührungslos messenden Tastarm, sowie einem neuartigem Kipp-und Zentriertisch kann damit ein schneller Teilwechsel realisiert werden.
Das interferometrische Messsystem FTP40 für die Vermessung von Ebenheit, Dicke und Parallelität wurde auf der VDI-Fachtagung im Jahr 2010 vorgestellt. Es basiert auf dem Konzept eines Weißlicht-Interferometers.
Die besondere Konstruktion mit einer telezentrischen Beobachtungsoptik erlaubt in einem Messvorgang beide gegenüberliegenden Flächen eines Objekts mit einem Messkopf zu vermessen. Das FTP40 hat sich bei Messeinsätzen als sehr schnelles und robustes Messgerät erwiesen und wurde zum Beispiel in eine automatisierte Fertigung von Piezoaktoren mit Roboterbeladung integriert.
Flexible Systeme sind gefragt
Für den Einsatz der hochpräzisen Messtechnik im Produktionstakt sind nicht nur eine hohe Robustheit und eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Vibrationen und Temperaturschwankungen entscheidend, sondern auch die Verfügbarkeit von flexiblen Systemlösungen aus Mess- und Automatisierungstechnik.
Neben klassischen starr verketteten Lösungen in Produktionslinien rücken insbesondere flexible und einfach umzusetzende Lösungen mit automatischen Produktions-Assistenten, wie dem Apas Assistant in den Vordergrund. Diese flexible und mobile Automatisierungslösung ist das erste Assistenzsystem, das für einen kollaborativen Betrieb zertifiziert ist und ohne sonstige Abschirmung mit Menschen zusammenarbeiten kann.
Der Fertigungsmitarbeiter stellt dem Apas Assistant beispielsweise leere Paletten zu vermessender Präzisionsteile auf den Tisch. Das Assistenzsystem rückt sich diese zurecht und bestückt die Messmaschinen mit Teilen, während der Mitarbeiter zum Beispiel Tätigkeiten an anderen Maschinen durchführen kann.
Der Apas Assistant erkennt durch seine Sensorhaut, wann ihm sein menschlicher Kollege zu nahe kommt. Bevor dieser ihn berührt, stoppt der Apas Assistant. Er setzt seine Arbeit erst wieder fort, wenn der Mensch den unmittelbaren Aktionsbereich des Systems verlassen hat.
Zertifiziert durch die deutsche Berufsgenossenschaft ist der Apas Assistant das erste und bisher einzige Assistenz-System, das die direkte Zusammenarbeit mit dem Menschen ohne zusätzliche Schutzvorrichtung erlaubt. Somit kann im Produktionstakt sehr flexibel und schnell eine größere Teilemenge mit hoher Qualität vermessen werden.
Berührungslos, präzise, schnell und fertigungsnah – das zeichnet die Lösungen zur Qualitätssicherung im Produktionstakt aus. Interferometrische Messsysteme für die berührungslose Vermessung der Form an funktionsrelevanten Flächen von präzisen mechanischen Bauteilen werden seit Jahren mit Erfolg im Messraum und in der Fertigung eingesetzt. Hier zeichnet sich besonders die optische Messtechnik durch hohe Auflösung, kurze Messzeit und eine berührungslose, verschleißfreie Messung aus.
Insbesondere durch die Verfügbarkeit von neuen Konzepten optischer Messmaschinen, die einfach und flexibel automatisierbar sind, verlagert sich die Präzisionsmesstechnik zunehmend vom Messraum in die Fertigungsumgebung und kann somit Abweichungen in der Fertigung sofort erkennen und dadurch die Kosten für Nacharbeit oder Ausschuss durch zeitnahes und fertigungsnahes Messen vermeiden. ■
Teilen:
