Für Produkte aus der feinmechanischen Industrie mit feinsten Erodierarbeiten ist neben der Maßhaltigkeit der Geometrie auch der Abrundungsverlauf der erodierten Kante sehr entscheidend für die Funktion des Bauteils.
Die Messaufgabe besteht darin, die genaue Position und Maße der Produktgeometrie (Lochdurchmesser und –position, Stegbreiten..) zu bestimmen. Es muss aber auch der Abrundungsradius bestimmt werden. Die Messungen müssen vollautomatisch und parallel zur kontinuierlichen Fertigung laufen.
Es musste ein geeignetes Verfahren gefunden werden, mit welchem man Radien von ca. 100µm reproduzierbar messen kann.
Der Radius der Erodierung kann nicht optisch gemessen werden, da er in der Z/Y Ebene verläuft. Es hat sich nach einigen Versuchen eine tastende Messmethode als die beste ergeben. Als geeignetes Messmittel stellte sich das Perthometer PGKplus der Fa. Mahr, Göttingen, heraus. Dieses Gerät hat einen Messweg von max. 20mm bei einer vertikalen Genauigkeit von 0,03µm und kann über eine serielle Schnittstelle von einem PC automatisch betrieben werden. Die Tastspitzenhöhe von 4 mm ist gerade klein genug, um in alle Positionen an das Produkt zu fahren. Eine Auswertung des Profilverlaufs gibt dann Auskunft über den genauen Radiusverlauf.
Geräteaufbau
Nach Festlegung der geforderten Messgenauigkeit ergab sich als Messtisch der Koordinatentisch KT7-LSMA. Der mit Schrittmotoren angetriebene Koordinatentisch verfügt über inkrementale Messsysteme und liegt bei seiner geometrischen Führungsgenauigkeit unter 2µm. Mit seinem großen Messbereich von 250mm x 150mm können eine Vielzahl gleicher Produkte gemessen werden.
Das parallele Durchlicht ermöglicht eine kontrastreiche Wiedergabe der Kontur.
Es sind bei der Abrundungsmessmaschine neben den X/Y Achsen des Messtisches und einer Z-Fokusachse für die Optik, eine Zustellachse für das Perthometer sowie ein Goniometer zu steuern. Diese motorischen Elemente sowie der ganze Optikaufbau sind bewährte Standardelemente aus dem Haus Uhl. Nur so war es möglich, sehr schnell eine Sondermessmaschine zu liefern, die den hohen Genauigkeitsanforderungen entspricht. Die zwei zusätzlichen Achsen konnten durch den modularen Aufbau der Software schnell integriert werden.
Optische Messung
Es stellte sich heraus, dass die Bestimmung der geometrischen Elemente für die Messsoftware IMS mit Standardmessfunktionen zu lösen ist. Eine s/w CCD-Kamera stellt das Videobild über einen Framegrabber auf einem Farbmonitor dar. Abstände und Winkel ergeben sich recht einfach über die Verknüpfung von Punkten, Linien oder Kreisen. Suchstrahlen und Messfenster ermitteln aufgabenspezifisch die notwendigen Elemente. Hochwertige Objektive mit großen Arbeitsabständen sichern reproduzierbare Messergebnisse bei hoher Maschinensicherheit.
Tastende Messung
Das Perthometer ist unter 45° zur Produktebene angebracht, um so den Kantenradius des horizontal liegenden Produktes zu messen (Foto2).
Da die Tastspitze sehr klein und empfindlich ist, wird die tastend zu messende Kante zuvor optisch gemessen. Die Position wird in einer Datenbank zwischengespeichert und nach der optischen Messung des Produkts wird die Tastspitze an die Kante angefahren.
Messsoftware IMS
Neben der mechanisch hohen Anforderung galt es den unmittelbaren Messablauf so zu vereinfachen, dass wechselnde Bediener ohne messtechnische Erfahrung alle vorhandenen Messprogramme starten können. Gleichzeitig sollte die Messsoftware aber alle Freiheiten bieten, um schnell und unkompliziert auf wechselnde Produktgeometrien eingehen zu können.
Trägerplatten fixieren die Produkte, wobei die Platten eine individuelle Kodierung aus max. acht Löchern besitzen, um selbständig das zu startende Messprogramm zu erkennen. Für den Bediener besteht somit nicht die Gefahr, ein falsches Messprogramm aufzurufen. Die vollautomatische Messsoftware IMS bietet für dieses Aufgabenpaket eine Vielzahl von Möglichkeiten.
Die texteditierbaren Messprogramme (Macros) können im Teach-In Verfahren automatisch erstellt werden. Der umfangreiche, dennoch einfach erlernbare Befehlsumfang ermöglicht die Erstellung komplexer Mess-abläufe.
Da die Produkte innerhalb der Serie noch starke Geometrieunterschiede aufweisen, wurden Suchalgorithmen eingebaut, welche das Teil bei jeder Toleranzüberschreitung noch sicher finden. Dann kann sicher ein Koordinatensystem definiert werden.
Die in IMS enthaltenen Softwarefilter eleminieren Schmutz und Staub und verringern so die Messungenauigkeiten.
Messvorgang bei der Abrundungsmessmaschine
Die o.g. Verfahren werden auch genutzt, um bei der Abrundungsmessmaschine zunächst optisch die Kante zu erfassen. Die gemessenen Positionen werden in einer Datenbank gespeichert. Hiernach erfolgt das Anfahren der Tastspitze an die Kante, wozu IMS Koordinatenberechnungen aller fünf Achsen unter Berücksichtigung der vorher ermittelten Kalibrierwerte zwischen Optik und Taster und der aktuellen Messtischposition durchführt. Sobald die Tastspitze 0,1mm vor der Kante steht, sendet IMS ein elektrisches Signal an die Perthometer-Steuerung. Ein Messlauf von ca. 0,3mm Länge wird gestartet, die Messwerte aufgesammelt und anschliessend über eine serielle Schnittstelle an IMS geleitet. Die Messsoftware IMS stellt nach jeder Messung alle Ergebnisse im ASCII- Format auf einem Netzwerk zur weiteren Bearbeitung zur Verfügung. Ein Unterprogramm sorgt für eine automatische Datensicherung, ohne die letzten Messergebnisse zu löschen.
Durch die hohe Fertigungstiefe der Firma Uhl und das große Standardangebot an Positioniersystemen und Optikbauteilen konnte die Sondermessmaschine zur Abrundungsmessung kurzfristig konstruiert und gebaut werden. Die extrem hohen Anforderungen bezüglich Messgenauigkeit und Zuverlässigkeit konnten nur durch die Geräte- und Softwareentwicklung im eigenen Haus innerhalb sehr kurzer Zeit erfüllt werden.
Weitere Informationen A QE 401
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