Für den perfekten Körper

Peter C. Reimers, Freier Fachjournalist für Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik, Freiberg

Diese Produktfamilie von Formmessgeräten dient dazu, um von der einfachsten bis zur schwierigsten Formmessung kundenspezifische Lösungen anbieten zu können. Die Palette reicht vom kleinen Kompakt-Messgerät bis zum CNC-gesteuerten Formmesssystem für höchste messtechnische Ansprüche. Die Bedienung und Auswertung erfolgt über eine speziell entwickelte Formmess-Software, die ausnahmslos auf der anwendungsfreundlichen Windows-Oberfläche basiert. Ein umfangreiches Zubehörprogramm ermöglicht darüber hinaus die schnelle, wirtschaftliche und flexible Lösung selbst schwierigster Messaufgaben.

Das kleinste Formmessgerät dieser Baureihe, der Hommel Tester Form 1000 verfügt über einen luftgelagerten Drehtisch mit manueller Werkstückausrichtung. Es eignet sich zur Messung von Rundheit, Koaxialität, Rechtwinkligkeit, Parallelität und Laufabweichungen an rotationssymmetrischen Werkstücken bis zu einem Gewicht von 25 kg. Aufgrund der stufenlos regelbaren Messdrehzahl sowie durch die motorische vertikale Verstellachse Z ist bereits dieses Basisgerät flexibel und einfach zu bedienen.

Für die Vermessung von Präzisionsteilen, bei denen außer der Rundheit auch die Zylinderform mit den Parametern Zylindrizität, Geradheit, Neigung und Gesamtrundlauf gemessen werden muss, wurden die mit der hochgenauen, vertikalen Messachse Z sowie der motorisch positionierbaren Horizontal-Achse R ausgestatteten Formmessgeräte der Typen Hommel Tester Form 1003 bis 4003 entwickelt. Je nach Ausführung können hiermit Werkstücke mit Gewichten bis zu 80 kg vermessen werden. Aufgrund der relativ langen Messwege der vertikalen Messachse von 350 bzw. 600 mm sowie der Horizontalachse von 170 bzw. 250 mm beim Hommel Tester FMS 5310 erschließen die Formmessgeräte dieser Baureihe bereits einen großen Anwendungsbereich. Das Spitzenmodell für die Zylinderform-Messung an komplexen Werkstücken bietet darüber hinaus schnelle, präzise und vollautomatische Werkstückausrichtung, minimale Messzeiten sowie größtmöglichen Bedienkomfort.

Zur Automatisierung der unterschiedlichsten Messabläufe dienen spezielle CNC-Programme, deren bekannte Vorteile gegenüber der manuellen Bedienung besonders bei der hochgenauen und wirtschaftlichen Formmessung von großer Bedeutung sind.

Die mit den folgenden Formmessgeräten einsetzbaren CNC-Programme werden in der Regel durch einen Lernvorgang erzeugt (Teach-In). Somit besteht jedes CNC-Programm aus einer Summe von Einzelschritten beziehungsweise -aktionen wie Textanzeige, Positionieren, Rundheitsmessung oder Drucken. Zu jedem dieser Einzelschritte existiert im Programm ein speziell charakteristischer Datensatz, der für die Steuerung der Messeinrichtung verantwortlich ist. Er enthält alle für den jeweiligen Messvorgang benötigten Parameter, wie C/ZR-Position, Messeinstellung, Text, Diagrammeinstellung, Druckprotokoll usw.

Die mit drei motorischen Messachsen ausgerüsteten Geräte Hommel Tester Form 2004 und Form 4004 wurden speziell für den vollautomatisierten, CNC-gesteuerten Einsatz konzipiert. Sie besitzen ebenfalls luftgelagerte Rundtische, die je nach Gerätetyp Werkstücke bis zu 80 kg Gewicht aufnehmen können und mit manueller oder vollautomatischer Werkstückausrichtung ausgestattet sind.

Spitzenmodell dieser Reihe ist das Formmesssystem Hommel Tester FMS 4210. Seine drei CNC-Messachsen ermöglichen die hochpräzise Messung und Berechnung aller gebräuchlichen Form- und Lageabweichungen. Die horizontale R-Achse ermöglicht dabei die Bestimmung der Ebenheit, des Summenplanlaufs sowie der Rechtwinkligkeit der Form.

Für besonders hohe Anforderungen hinsichtlich der Erfassung aller Formmessparameter und speziell für hohe Tischbelastung und große Messvolumen werden zwei unterschiedliche CNC-gesteuerte Formmesssysteme gebaut. Der Hommel Tester FMS 4310 zeichnet sich unter anderem durch die vollautomatisch ablaufenden Vorgänge des Zentrierens und Nivellierens der bis zu 100 kg schweren Werkstücke sowie eine selbsttätige Tasterschwenkeinheit aus.

Höchste messtechnische Ansprüche erfüllt das Spitzenmodell dieser Rundtisch-Formmesssysteme, der Hommel Tester FMS 5310. Die drei luftgelagerten Messachsen sind mit inkrementalen Längenmesssystemen ausgestattet. Die horizontal veränderbare Z-Achse ermöglicht es, selbst Werkstücke mit besonders großem Messvolumen hochgenau zu vermessen. Darüber hinaus gewährleisten das selbsttätig arbeitende Zentrier- und Nivelliersystem, die automatische Tasterschwenkeinheit sowie das beidseitig wirkende Tastsystem ST 200 einen vollautomatischen, präzisen und gleichzeitig besonders wirtschaftlichen Messablauf.

Für die Formmessungen an nicht rotationssymmetrischen Teilen und Messvorgängen an besonders schweren Werkstücken werden seit kurzer Zeit auch Spindelmaschinen angeboten. Hier wird der Prüfling nicht – wie bei allen anderen bisher erwähnten Formmesssystemen – auf einem Rundtisch befestigt, sondern mit Hilfe eines sich drehenden Tastsystems vermessen.

Speziell für die zahlreichen Aufgaben der Formmessung wurde das netzwerkfähige Software-Paket „Turbo Form für Windows“ entwickelt. Die grafische, auf der Grundlage von Windows 95/98/NT aufgebaute Programmoberfläche gewährleistet selbst bei schwierigsten Messvorgängen eine einfache, übersichtliche und jederzeit reproduzierbare Bedienung. Diese reicht von der unkomplizierten, schnellen Definition beliebiger Messstellen und Achsbezüge über die vollautomatische Ausrichtung und Vermessung der Werkstücke bis zur umfassenden Profilanalyse, der Darstellung in aussagekräftigen Diagrammen und einer lückenlosen Dokumentation der Prüfergebnisse.

Zusätzlich werden alle Form- und Lagediagramme als OLE-konforme Dateien gespeichert. Sie lassen sich somit in alle Windows-Anwendungsprogramme, die die OLE-Technik unterstützen, auf einfache Weise einbinden und weiterverarbeiten. Damit stehen dem Anwender nahezu unbegrenzte Möglichkeiten zur individuellen Dokumentation seiner Messergebnisse zur Verfügung.

Aufgrund des modularen Softwarekonzepts lassen sich auch individuelle Anwenderforderungen durch entsprechende Auswahl der benötigten Programmkomponenten schnell und wirtschaftlich erfüllen. Jeder Windows taugliche Drucker kann verwendet werden.

Um Turbo Form an die physikalischen Gegebenheiten des eingesetzten Formmessgerätes wie Mechanik-Typ, Messverstärker, Tasteranbringung, anzupassen, erfolgt als erster Schritt die programmunterstützte Systemkonfiguration. Hierdurch wird das jeweilige Messsystem einfach und schnell auf die spezifischen Erfordernisse der zu messenden Werkstücke abgestimmt.

Der erste Schritt zu genauen und reproduzierbaren Messergebnissen besteht in einer präzisen mechanischen Ausrichtung des Prüfteils. Die sonst recht zeitaufwendigen Aufgaben der Zentrierung und Nivellierung erfolgen bei allen hier vorgestellten Formmessgeräten mit Unterstützung durch eine eindeutige Bildschirmdarstellung schnell und zuverlässig. Die Systeme der Hommel Tester Form 4000er Serie benötigen für die vollautomatische Ausrichtung weniger als 30 Sekunden. Alle anderen Geräte verfügen über die Möglichkeit einer halbautomatischen Ausrichtung in Form von programmierbaren Standardabläufen mit entsprechenden Bedieneranweisungen.

Das ausgerichtete Werkstück wird an den im Prüfplan definierten Messstellen gemessen. Hilfsfunktionen und Anzeigen im Messprogramm erleichtern dem Anwender das Auffinden und Abtasten bestimmter Messstellen. Die jeweilige Abtastgeschwindigkeit ist entsprechend den Werkstückgegebenheiten für jede einzelne Messstelle optimal einstellbar.

Für jedes Prüfteil lassen sich beliebig viele polare und lineare Messstellen definieren. Jede einzelne kann vom Anwender für eine eindeutige Zuordnung ihrer Position am Prüfling frei benannt werden. Die klar gegliederte Übersicht aller polaren, linearen, radialen und axialen Messstellen erfolgt mit Hilfe einer Baumstruktur. Alle werkstückspezifischen Einstellungen werden in einem individuellen Prüfplan abgelegt. Dieser kann gespeichert, archiviert und für exakte Reproduktionen des jeweiligen Messvorgangs jederzeit wieder eingesetzt werden.

Zur Bestimmung von Lageabweichungen lassen sich für das Prüfteil beliebig viele Achsbezüge definieren. Hierbei erfolgt die Definition der Bezugsachse – je nach geforderter Lagetoleranz – durch die Auswahl von einer, zwei oder auch mehreren Rundheitsmessstelle(n). Die Bezeichnung des Achsbezuges ist ebenfalls vom Anwender frei wählbar. Er erscheint bei der Auswertung des zugehörigen Lagefehlers auf dem Bildschirm und im Prüfprotokoll.

Die Überwachung des jeweiligen Fertigungsprozesses erfordert immer häufiger, dass einzelne Prüfmerkmale statistisch ausgewertet und/oder in Tabellen dargestellt werden. Die Software bietet hierfür entsprechende Funktionen und ermöglicht es, eine nahezu unbegrenzte Anzahl von Messmerkmalen zu definieren. Zur übersichtlichen Betrachtung und platzsparenden Dokumentation der Messergebnisse werden hier alle Form- und Lagemerkmale zusammengefasst.

Nach der Abtastung des Prüfteils lassen sich die Messprofile in Form übersichtlicher und modular aufgebauter Diagramme auf dem Bildschirm darstellen und bei Bedarf ausdrucken. Dabei kann bei Rundheitsprofilen zwischen der Einzelprofil-Darstellung und Mehrfachdiagrammen mit maximal acht gleichzeitig darstellbaren Profilen, polarer Profildarstellung oder linearen Abwicklungen gewählt werden. Zu jeder Darstellung lassen sich zusätzlich unterschiedliche Parameter einstellen wie Farbe, Filterung, Auswerte-Verfahren, Vergrößerungsfaktoren.

Störungen in der Konturen-Wiedergabe von Profilbereichen, die durch Bohrungen und Nuten entstehen können, lassen sich mit Hilfe einer vollautomatischen Unterbrechungs-Erkennung nach Beendigung des Messlaufes auch manuell ausblenden.

Darüber hinaus sind sämtliche Formmessgeräte serienmäßig mit einer Fourier-Analyse ausgestattet. Damit kann ein Rundheitsprofil in seine Wellenanteile zerlegt und in einem Diagramm als lineare oder logarithmische Verteilung der Wellenamplituden über der Anzahl der Wellen am Umfang des Werkstücks dargestellt werden. Mit Hilfe einer integrierten Zoomfunktion lassen sich Teilbereiche aus dem Gesamtspektrum vergrößert darstellen.

Das umfangreiche Zubehörprogramm ergänzt die Palette der ohnehin recht flexibel einzusetzenden Formmessgeräte und ermöglicht selbst für schwierigste Anwendungsaufgaben optimale, anwendungsspezifische Lösungen.

Das neu entwickelte motorisch angetriebene Dreh- und Schwenkmodul gewährleistet selbst bei komplexen Werkstücken hochgenaue Messvorgänge in jeder Lage. Dies ermöglicht vollautomatische Axial- und Radialmessungen, ohne den CNC-Ablauf zu unterbrechen. Der Schwenkarm (MDS) verfügt über je eine motorische Achse zum Schwenken und zum Drehen des Messtasters. Der zur Verfügung stehende Schwenkbereich beträgt 90°, der jeweilige Drehbereich 270°. Auf diese Weise lassen sich selbst schwierige Kegelflächen automatisch und hochpräzise vermessen.

Da das manuelle Antasten an das Prüfteil zeitaufwendig und unpräzise ist, besitzt das Dreh- und Schwenkmodul eine „Auto-Stopp-Funktion“, wie sie auch bei allen motorisch angetriebenen R-Achsen eingesetzt wird. Diese zeichnet sich durch eine intelligente, rechnerunterstützte Anfahrhilfe aus, die eine automatische Erkennung der Antastrichtung ermöglicht.

Der sicheren und exakten Aufnahme selbst ausgefallener Werkstücke kommt bei der Formmessung naturgemäß große Bedeutung zu. So dienen präzise Schnellspannfutter mit drei, sechs oder acht gehärteten Spannbacken zum Spannen der Werkstücke am Außen- oder Innendurchmesser. Spreizdornvorrichtungen nehmen entsprechende Prüflinge am Innendurchmesser sicher auf. Darüber hinaus sind auch Vakuumspanneinrichtungen sowie Spannzangenvorrichtungen mit Spannkraftbegrenzung lieferbar. Als Zentriervorrichtung dienen entweder drei Magnetleisten oder der Lamellen-Einsatz.

Um auch komplizierteste Formmessaufgaben präzise, schnell und wirtschaftlich lösen zu können, wurde eine Reihe von Messtastern entwickelt.

Besondere Anforderungen an die Entwicklungsabteilung der Hommelwerke stellte die messtechnische Aufgabe, Präzisionsteile für das neuartige Common-Rail-Verfahren hochgenau zu vermessen. Bei diesem Verfahren handelt es sich um eine technologische Gemeinschaftsentwicklung von Bosch und Magneti Marelli zur Hochdruckeinspritzung und extrem feinen Zerstäubung von Dieselkraftstoff in Verbrennungsmotoren. Herzstücke des mit rund 1350 bar arbeitenden Systems stellen die Ventilstücke mit Kolbenstangen des im Zylinderkopf befindlichen Injektors dar. Diese hochpräzise gefertigten Teile erfordern für eine lange, zuverlässige Funktion extreme Messgenauigkeit im Mikrometerbereich. Inzwischen werden bereits mehrere dieser speziell für die Common-Rail-Komponenten entwickelten Formmesssysteme im In- und Ausland eingesetzt.

Die universellen Möglichkeiten in Hinblick auf kundenspezifische Sonderapplikationen verdeutlichen auch die folgende individuelle Lösung einer speziellen Messaufgabe für eine führende Kugellagerfabrik: Zur Messung von Kugeln im Durchmesserbereich von 1 bis 24 mm, die für hochgenaue Kugellager bestimmt sind, wurde auf der Basis des entsprechenden Grundgerätes das Rundheitsmessgerät Hommel Tester Form 1003-S entwickelt, das aufgrund der horizontalen motorischen R-Achse CNCfähig ist. Der ebenfalls motorisch angetriebene hochgenaue und luftgelagerte Drehtisch verfügt über eine integrierte Vakuumspannung mit Oxydkeramikaufnahme. Die Erfassung der Kugelmesswerte erfolgt in diesem Fall über einen Messtaster FT1 mit normierter Empfindlichkeit, austauschbaren Tastarmen, manueller Tastausrichtungsumschaltung und Freihubbegrenzung.

Im Rahmen der Konstruktion, Ausbildung und Qualitätssicherung kommt der speziell für die Formmessung entwickelten leicht verständlichen und didaktisch aufgebauten Lernsoftware besondere Bedeutung zu. Ebenfalls auf Windows aufgebaut, enthält sie unter anderem Darstellungen der aktuellen Form- und Lagetoleranzen mit 3D-Animation und synchroner Sprachausgabe.

Weitere Informationen A QE 401