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Nacharbeiten in engen Toleranzen ohne hohen Zeitaufwand

Laserscannen in der Werkzeugmaschine
Nacharbeiten in engen Toleranzen ohne hohen Zeitaufwand

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Werkzeug- und Formenbauer können Freiformflächen und Geometrien von Werkstücken nun bereits in der Aufspannung der CNC-Werkzeugmaschine berührungslos kontrollieren. Dies ermöglicht eine neue Laserscanning-Gesamtlösung von Hexagon. Optimiertes Best-Fit oder sogar Reverse Engineering sind jetzt bei sehr kurzen Messzeiten möglich.

Mit den Messtastern und der Software 3D Form Inspect von Hexagon werden schon seit vielen Jahren gefräste Flächen an Werkstücken in der Werkzeugmaschine kontrolliert und protokolliert. Allerdings werden die Flächen nur mittelbar erfasst, weil der Messtaster nur eine Reihe von Punkten antastet. So ist der Soll-Ist-Vergleich mit den Werten aus der CAD-Zeichnung bei Freiformflächen nicht immer 100 % perfekt.

Insbesondere bei Reparaturarbeiten im Werkzeug- und Formenbau oder dem Nachbearbeiten aufgeschweißter Flächen waren die Unternehmen bisher auf das Geschick und Fachwissen ihrer Mitarbeiter angewiesen. Diese Art von Flächen konnten in Ihrer Lage vorab nur ungefähr abgeschätzt werden, was aufwendiges Rüsten und lange Bearbeitungszeiten bedeutete. Oftmals sind hohe Annäherungsbahnen der Fräswerkzeuge in Kauf genommen worden, um alle möglichen Lagen und Dicken solcher Reparaturstellen sicher zu erfassen und zu fräsen. Andererseits bedeutete dies aber oft teures „Luftfräsen“, also Fräszeit ohne Zerspanung. Bei Teilen oder Flächen, zu denen bislang kein digitaler Datensatz bestand, mussten sehr viele einzelne Punkte taktil erfasst und dann in aufwändiger Arbeit im CAD/CAM-System neu kreiert werden. Oft wurde hierzu sogar das Werkstück ausgespannt, im Messraum digitalisiert und entsprechend wieder programmiert. Nacharbeiten in engen Toleranzen waren nur sehr schwierig realisierbar, kosteten sehr viel Zeit und bedeuteten oft große Kompromisse.

Mit der Integration des Laserscanners LS-C-5.8 eröffnet Hexagon Metallverarbeitern die Chance, viel Zeit zu sparen. Der LS-C-5.8 entspricht in weiten Teilen der Technik des bereits in den Messräumen bewährten HP-L-5.8 Laserscanners. Er verfügt über einen blauen Laser, der innerhalb von 1 s 36.000 Punkte scannen kann. Die Abstände der einzelnen Punkte sind sehr gering, was zu einer hohen Aussagekraft der Daten führt. Somit generiert die Punktwolke eine extrem realitätsgenaue Abbildung der Fläche. Der im LS-C-5.8 verwendete blaue Laser hat eine kürzere Wellenlänge als sonst übliche rote Laser, was zu einer besseren Genauigkeit beiträgt. Er ist in der Lage, unterschiedlichste Oberflächen wie zum Beispiel glänzende Werkstücke sicher zu erfassen. Die Laserlinie ist 47mm breit und kann Punkte innerhalb eines 80 mm tiefen Sichtfeldes, also +/- 40 mm von der Nulllinie, erfassen. Dadurch können unnötige Verfahrbewegungen aufgrund der Werkstückgeometrie vermieden werden.

Mit dem Laser-Scannen in der Werkzeugmaschine eröffnet Hexagon völlig neue Möglichkeiten für den Werkzeug- und Formenbau. Beispielsweise können damit nun auch extrem dünne Strukturen an fragilen Materialien – wie zum Beispiel schmale Stege an Graphitelektroden – gefahrlos gemessen werden; und zwar ohne jede Bruchgefahr.

Die Software 3D Form Inspect für den Laser-Scanner LS-C-5.8 bietet nicht nur eine Werkstatt-gerechte, einfach zu bedienende Benutzeroberfläche, sondern ist auch vorbereitet, die Kommunikation mit aktuellen Steuerungen von Siemens, Heidenhain oder Fanuc zu übernehmen. Damit ist diese Technik von Beginn an universell einsetzbar.

Innerhalb weniger Minuten kann ein Flächenmodell in der Werkzeugmaschine erstellt werden und mit dem CAD-Modell verglichen werden. Die Abweichungen können in dem umgangssprachlichen „Color-Mapping-Verfahren“ dargestellt werden. Sogar als STL-File können die Werte transferiert und dann in jedem gängigen CAD/CAM-System weiterverarbeitet werden.

Damit wird sogar Reverse Engineering möglich, und zwar in sehr kurzer Zeit, während ein Bauteil in seiner Aufspannung verbleibt. Das verschafft nicht nur einen enormen Zeitvorteil, sondern garantiert eine sehr hohe Genauigkeit und gibt den Maschinenbedienern die Sicherheit, das Werkstück richtig zu bearbeiten oder ein digitales Abbild des vorhandenen Werkstücks zu generieren.

Die Kombination des Laser-Scannens mit der Best-Fit Funktion der Software eröffnet weitere Möglichkeiten zur Optimierung der spanenden Bearbeitung von Bauteilen, deren Lage und Form oft unklar ist. Dies kommt beispielsweise bei Reparaturarbeiten an aufgeschweißten Flächen oder bei der Nachbearbeitungen neuer Werkstücke vor, etwa nach dem Härten, mit Schmiedeverzug oder ähnlichem. Optimiertes Best-Fit, bezogen auf ganze Flächenteile, ermöglicht nicht nur engere Toleranzen, sondern verhindert spätere Nacharbeit oder gar Ausschuss. Zudem gehört „Luftfräsen“ nun der Vergangenheit an.

So verspricht der LS-C-5.8 Laser-Scanner für den Einsatz in Werkzeugmaschinen einen enormen Produktivitätssprung, auch in der Serienfertigung. Aufmaße an großen Gussteilen können erfasst werden, womit das Risiko minimiert wird, dass Werkzeuge durch Kollisionen am Aufmaß beschädigt werden. Außerdem kann die korrekte Lage des Werkstücks in der Aufspannung überwacht werden. Denn es kann vorkommen, dass Spannpratzen nicht korrekt anliegen oder sogar an falschen Stellen liegen. ■


Der Autor

Karl-Heinz Gies

Fachjournalist und

Unternehmensberater

im Auftrag von

Hexagon Manufacturing Intelligence

www.hexagonmi.com



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