Die äusseren und inneren Abmessungen komplexer Bauteile lassen sich mit einem 3D-Schichten-Scansystem bestimmen. Eine Auswertungssoftware erstellt in kurzer Zeit automatisch einen Soll-Ist-Vergleich für alle Prüfmasse. Das IPA, Stuttgart, erhält ein solches System, um die für den Anwender wichtigen Leistungsmerkmale objektiv zu ermitteln.
Jens Vollmann, alphaCAM Fertigungssoftware GmbH, Schorndorf
Mess- und Prüfaufgaben erfordern es oft, die innere Geometrie oder innere Strukturen eines Bauteils exakt zu messen. Dies ist mit oberflächenorientierten taktilen oder optischen Systemen nur schwer und mit grossem Zeitaufwand möglich. Dagegen sind die automatischen 3D-Schichten-Scansysteme CSS1000 (Abb. 1) bzw. CSS 3000 von vornherein zur Lösung dieses messtechnischen Problems entwickelt worden. Ein Schorndorfer Softwarehersteller hat diese Systeme in ihre Produktpalette aufgenommen. Er bietet seinen Kunden somit die gesamte technische Datenverarbeitung aus einer Hand, bis hin zum Erstellen der Messprotokolle von Teilebemusterungen.
Vom Schichtenscan über die Punktewolke . . .
Die Kernbestandteile des 3D-Scansystem sind eine Fräsmaschine (Abb. 2) und eine hochauflösende Digitalkamera, die beide wechselweise arbeiten. Gemäss den vom Bediener eingestellten Technologiedaten trägt der Fräser eine 0,01 bis 0,25mm dicke Schicht des Bauteils ab, das zuvor in ein Trägermaterial eingebettet wurde. Anschließend hält die „Digital Line Camera“ den aktuellen Querschnitt mit einer Auflösung von 500 bis 1000 dpi fest. Aus diesen Schicht um Schicht gewonnenen Daten erzeugt ein Postprozessor die vollständige, dichte Punktewolke des Bauteils.
Die zum Scansystem gehörende Auswertungssoftware Spec.Check kann Punktewolken mit bis zu 100Millionen Punkten weiterverarbeiten und daraus bei einer Erstmusterprüfung oder bei routinemässigen Teilebemusterungen einen Prüfbericht nach den VDA-Richtlinien erstellen. Eine farbschattierte Darstellung zeigt in der Fertigung schnell die Bereiche, in denen starke Abweichungen zwischen dem CAD-Modell und den Messdaten auftreten.
. . . zum Soll-Ist-Vergleich der Prüfmasse
Die Auswertungssoftware Spec.Check übernimmt auch die numerische Auswertung der Teilebemusterung gemäß den Messanweisungen für die einzelnen Prüfmasse. Sie richtet die Punktewolke aus und findet automatisch Referenzflächen auf, erzeugt 2D-Schnitte mit beliebigem Schnittverlauf, bestimmt Abstände, Radien, Kreise und Winkel und vergleicht die Messwerte mit den CAD-Konstruktionsdaten, findet Kreismittelpunkte und erzeugt Mittellinien.
Auf diese Weise wertet Spec.Check die Abweichungen zwischen Soll- und Istdaten nach den Kriterien „innerhalb der Toleranz“ und „ausserhalb der Toleranz“ automatisch aus und listet die Ergebnisse tabellarisch auf. Dabei kann die über die gesamte Messprozeßkette erreichbare Messgenauigkeit bis zu ± 2,5 µm betragen.
Gegenüber der herkömmlichen Messung mit Koordinaten-Messmaschinen erfordert das Erstellen der Prüfberichte mit einem Schichten-Scansystem oft weniger als ein Zehntel der Zeit (Tabelle 1).
Daneben eignen sich die Scansysteme auch für die Flächenrückführung, das sogenannte Reverse Engineering. Bei konventionell gefertigten Modellen oder veränderten Prototypen lässt sich die durch Scannen gewonnene Punktewolke zum Beispiel mit der Software Surfacer von Imageware rückwärts in einen 3D-CAD-Datensatz überführen.
„Anwenderverbund Volumenabtasten“
Ausser mit dem beschriebenen 3D-Schichten-Scansystem lässt sich die innere Geometrie von Bauteilen auch mit röntgenographischen Durchstrahlungsverfahren ermitteln. Anwender benötigen viel Zeit und es kostet viel Geld, die Einsatzmöglichkeiten und Grenzen der unterschiedlichen Technologien für das Volumenabtasten abzuwägen und das Rationalisierungspotential zu quantifizieren. Aus diesem Grund hat das Fraunhofer Institut Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart einen „Anwenderverbund Volumenabtasten“ ins Leben gerufen. Seine wichtigsten Aufgaben sind:
l systematische Untersuchung von volu- menorientierten Mess- und Prüfverfahren bezüglich Genauigkeit, Auflösung, ma- ximaler Bauteilgrösse, Zeit und Kosten,
l die systematische Untersuchung der Software für die Datenauswertung,
l die Auflistung von Herstellern und Dienstleistern mit ihrem Produkt- bzw. Dienstleistungsspektrum sowie
l die Unterstützung der Unternehmen bei Auswahl und Einführung von volumen- orientierten Meßsystemen.
Das Ziel ist es, als Ergebnis einer gründlichen Analyse von Messtechnik und Software die gesamte Prozesskette der untersuchten Anlagen bewerten zu können.
Um auch das hier vorgestellte 3D-Schichten-Scansystem in die Untersuchung einbeziehen zu können, stellt der Hersteller dem Anwenderverbund eine brandneue Anlage CSS 1000 für sechs Monate zur Verfügung. Die während dieser intensiven Erprobungsphase gewonnenen Erkenntnisse wird dem Verbund nutzen, das 3D-Scansystem optimal an die Anforderungen der europäischen Anwender anzupassen und gegebenenfalls mit zusätzlichen Unterstützungsroutinen vollständig in sein Produktportfolio einzufügen.
CONTROL Halle 5, Z 1402
Weitere Informationen A QE 507
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