Sondermeßplätze für Rauhtiefenmessung

Peter C. Reimers, Fachredaktion, Frankfurt / Main

Mit Hilfe des nach dem Baukastenprinzip konzipierten, netzwerkfähigen Wavesystems können selbst unter schwierigsten Platz- und Umgebungsbedingungen Sondermeßplätze erstellt werden, die speziell auf die vom Anwender genannten Meßkriterien abgestimmt wurden. Die standardisierten Wavesystem-Komponenten ermöglichen die individuelle und sehr schnelle Zusammenstellung aller benötigten Bausteine zu individuell gestalteten, effizient und weitgehend automatisch arbeitenden „schlüsselfertigen“ Meßanlagen jeder Größenordnung.

Mit diesem Sondermeßplatzkonzept konnte jetzt ein völlig bedienerunabhängiges, sehr robustes System für rauhe Fertigungsumgebung, höchste Genauigkeit, schwierigste Messungen und den täglichen 24-Stunden-Einsatz konzipiert und auf dem internationalen Markt präsentiert werden.

Zum ersten Mal ist damit ein kompletter Rauhtiefen-Sondermeßplatz dieser Tage im Rahmen der Großserienproduktion (6 000 Werkstücke am Tag) innerhalb der Automobilindustrie in Betrieb genommen worden. Er ist ausschließlich aus Wavesystem-Komponenten zusammengesetzt. Er wurde aufgrund der vom Anwender genannten aufgabenorientierten Meßkriterien durch die Entwicklungsabteilung des Herstellers konzipiert und beim Anwender installiert.

Bei den zu kontrollierenden Werkstücken handelt es sich um ein in Formgebung und Meßstellenauswahl recht kompliziertes Gehäuse mit einer Werkstückgröße von rund 50 x 50 mm. Während des jeweiligen Durchlaufs der einzelnen Bearbeitungsstationen müssen die verschiedenen Merkmale dieser Werkstücke im 3-Schichten-Betrieb stichprobenweise und hochgenau mit Freitastern gemessen werden. Diese Vorgänge umfassen pro Werkstück 28 verschiedene Rauhtiefenmerkmale sowie die Kantengeometrie an exakt definierten Stellen des Prüflings. Die Software beinhaltet rund 30 verschiedene Meßprogramme, die einzeln aufgerufen werden können und ausnahmslos automatisch ablaufen.

Für die exakte Positionierung des Werkstücks sorgen prismenförmige, auf wenige Hundertstel-Millimeter genau bearbeitete und genau auf die Form des Prüflings abgestimmte Aufnahmevorrichtungen. Hierdurch wird auch eine hohe Wiederholgenauigkeit von 10 µm erreicht. Damit sind unter anderem sehr präzise Messungen auch innerhalb filigraner Teilbereiche möglich.

Die automatisierten Meßvorgänge erfolgen direkt in der normalen Fertigungsumgebung, wobei die Bedienung der Anlage durch das meßtechnisch ungeschulte Produktionspersonal vorgenommen wird. Die Meßergebnisse sind dabei, nach Angaben des Herstellers, hinsichtlich Genauigkeit und Stabilität absolut mit denen vergleichbar, die im Feinmeßraum erzielbar wären.

Wesentlicher Vorteil der extrem fertigungsnahen Messung: Bei Sollmaßabweichungen, die die Toleranzgrenze überschreiten, kann somit die Einstellung der entsprechenden Bearbeitungsmaschine den veränderten Gegebenheiten sofort angepaßt werden. Diese Regelkreis-Möglichkeit mit einem sehr schnellen „Feedback“ von Fertigung-Kontrolle-Fertigung bringt dem Anwender erhebliche wirtschaftliche Vorteile, denn der Umfang der Ausschußproduktion läßt sich ohne zusätzlichen personellen Aufwand erheblich verringern. Für diesen speziellen Anwendungsfall wurden zur problemlosen Messung der verschiedenen Merkmale zwei gleichartige Anlagen geliefert. Eine dient der Messung der Werkstückmerkmale nach der Vorbearbeitung, die andere führt die gleichen Aufgaben nach der Fertigbearbeitung der jeweiligen Werkstücke durch.

Jede der beiden Anlagen dient der selbsttätigen Rauhtiefenmessung von komplexen Werkstücken mit bis zu 28 unterschiedlichen Meßstellen. Das Spektrum der Aufgaben reicht von Flächenmessungen bis zu Messungen in 2-mm-Bohrungen, die ein Eintauchen des Tasters von über 5 mm erfordern.

Die vollautomatisierten Anlagen verfügen über jeweils einen Tester T8000 CNC sowie eine mit einer blendfreien Rasterleuchte und mit einem Rolltor ausgestatteten, stabilen Meßkabine. In diese wurden drei Meßplätze integriert. Zwei VGA-Monitore und ein Drucker bzw. Plotter sowie ein Bedienpult pro Meßplatz ermöglichen eine enge und zuverlässige Mensch/Maschine-Kommunikation, zu deren wichtigsten Bestandteilen u. a. die komfortable Bedienerführung gehört. Die negativen Einflüsse der oft rauhen Fertigungsumgebung auf die Meßanlagen wurden durch entsprechende konstruktive Maßnahmen eliminiert. Die sichere Datenverbindung wird durch den integrierten CAN-Bus gewährleistet.

Das System führt die meßtechnisch nicht geschulten Bediener per Bildschirm- und Tastenanzeigen zuverlässig durch alle Stufen der Anwendung und Handhabung der durchzuführenden Rauhtiefenmessung. Die Einstellungen sind während des Betriebes verriegelt. Aufgrund des Einsatzes stift-codierter Basisaufnahmen wird eine immer gleiche Positionierung der Werkstücke in den Wechselaufnahmen erreicht. Die besondere Einsatzsituation, Installation innerhalb der Produktion, höchste Präzision des Meßablaufs und Bedienung durch meßtechnisch ungeschulte Fertigungsarbeiter, erforderte neben Bedienkomfort auch Funktionssicherheit. Die verwendeten Sicherheitskomponenten wurden deshalb sorgfältig in das Gesamtkonzept integriert. Zu den einzelnen Sicherheitsvorgaben gehörten u. a:

l Jede Wechsel-Werkstückaufnahme kann durch eine PIN-Codierung nur auf eine bestimmte Basis-Werkstückaufnahme aufgesetzt werden.

l Die Position des Prüflings in der Wechsel- Werkstückaufnahme ist jeweils eindeutig definiert.

l Durch die induktiven Näherungsschalter können nur die tatsächlich möglichen Meßprogramme für die aktuelle Position des Prüflings angewählt werden.

l Die Funktion „Autostopp“ schaltet die Zu- fahrbewegung der Meßsäule Wavelift au- tomatisch ab, wenn der Taster auf Material aufläuft.

l Der Programmiermodus ist durch ein Paßwort geschützt.

Alle Komponenten der Produktfamilie Wavesystem dienen der hochgenauen und komfortablen Rauhheit-, Topographie- und Konturenmessung. Sie zeichnen sich durch eine hochauflösende Streckensteuerung aus (maximale Auflösung: 0,01 µm), wodurch eine extrem genaue, programmgesteuerte Taster-Positionierung gewährleistet wird. In dem hier beschriebenen Einsatzbeispiel wurde die Steuerungs- und Auswerteeinheit Tester T8000 CNC in Verbindung mit der anwenderorientierten Software „Turbo Rauhheit für Windows“ für ein komfortabel zu bedienendes, hochpräzises und individuell einsetzbares Meßsystem mit uneingeschränkten CNC-Fähigkeiten verwendet.

Der Vorschubbaustein Waveline 60 basic bietet aufgrund der innenliegenden, hochpräzisen Führungsebene eine im Werkstatteinsatz bisher nicht für möglich gehaltene Führungsgenauigkeit. Je nach Aufgabenstellung lassen sich diese Vorschubeinheiten sowohl mit inkrementalen Drehgebern als auch mit integriertem Glasmaßstab für höchste Meß- und Führungsgenauigkeit (µm-genaue Positionierung) ausrüsten. Die Horizontalauflösung beträgt 10 bzw. 14 nm. Sie eignen sich für komplexe Meßaufgaben in allen Bereichen der Rauhheit-, Topographie- und Konturenmessung.

Die Meßsäule Wavelift 400 CNC zeichnet sich u. a. durch ein neuartiges Antriebskonzept aus. Dieses ermöglicht auch bei hoher Einstellgeschwindigkeit eine schnelle, exakt adressierbare und äußerst präzise vertikale Positionierung. Die spezielle Bauart des Läufers verhindert das Verdrehen, Kippen und Absenken nach Erreichen der angesteuerten Position. Aufgrund der sehr steifen Säulenkonstruktion ist eine Beeinflussung der Meßgenauigkeit durch Verbiegen ausgeschlossen.

Ein wirkungsvoller Kollisionsschutz bietet im Absenkbetrieb erhöhte Arbeitssicherheit. Der geschlossene Aufbau dient der Betriebssicherheit und verhindert gleichzeitig Verschmutzungen, die besonders in der Fertigungsumgebung leicht auftreten könnten. Die Positionierwiederholgenauigkeit der Wavelift-Säule liegt mit einer für den CNC-Betrieb erforderlichen Drehgeberausstattung bei 10 µm.

Auf den beiden VGA-Monitoren lassen sich der gesamte Geräteaufbau, Werkstück/Taster-Skizze, alle anzufahrenden Meßstellen, Oberflächenkennwerte, die gewählten statistischen Auswertungen, Profillage, Profilarten, Meßbedingungen, Toleranzen und Fehlermeldungen anzeigen. Der kleinste Meßdaten-Anzeigewert beträgt 0,001 µm. Die wählbaren Bediensprachen sind z. Zt. Deutsch, Englisch, Französisch und Spanisch.

Besondere Bedeutung kommt der integrierten CNC-Steuerung zu. Da ein CNC-Meßablauf wesentlich weniger Zeit benötigt, ist die hierdurch erzielte Schnelligkeit besonders bei laufender Produktion ein wesentlicher Vorteil. Darüber hinaus werden ausnahmslos reproduzierbare Ergebnisse und bedienerunabhängige Meßdaten erzeugt.

Das speziell für die vielfältigen Anforderungen der Rauhheits-, Topographie- und Konturenmessung entwickelte Softwarepaket wurde hinsichtlich der zusätzlichen Leistungs-Funktionen der Sondermeßplätze entsprechend ergänzt. Hierzu gehören unter anderem die Komponenten zur exakten Werkstückserkennung, Ansteuerung der neuartigen Funktionstastatur und die Einbindung der zusätzlichen Crash-Sicherheitselemente.

Auch hier müssen sich alle Komponenten den jeweiligen Anwenderforderungen anpassen lassen. Eine leicht zu bedienende „teach-in“-Funktion erlaubt darüber hinaus die einfache Programmierung durch Eingabe von Steuerungsdaten.

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