Berührungsloses 3D-Prüfsystem

Bohrungen ohne Fehler

Mesure-Systems-3D (MS3D) hat ein berührungsloses 3D-Prüfsystem entwickelt, das direkt in die Produktionslinie integriert werden kann; in wenigen Sekunden wird das gesamte Bauteil überprüft und so der Aufwand für die Qualitätskontrolle minimiert.

Eine konfokale Messsonde wird in das Bohrloch, das während des Drehens simultan bei der Abwärtsbewegung vermessen wird, eingeführt. Der Laser projiziert einen weißen strahlenförmigen Lichtstrahl auf die Oberfläche des inneren Bohrlochs und der Sensor registriert beziehungsweise digitalisiert sie in Form einer dichten Punktewolke. (Foto: MS3D)

Höchstmögliche Präzision ist besonders für die Feinmechanikindustrie, in der es um mikrometergenaue Herstellung geht, oberstes Gebot, da nur so fehlerhafte Chargen minimiert und Rückrufaktionen, die viel Geld kosten, ausgeschlossen werden können. Um diese Genauigkeit zu garantieren, sind meist hohe Personalkosten, temperierte Messräume und spezielle Messsysteme nötig. Durch die hier vorgestellte 3D-Inline-Messung entfällt das Risiko der Verformung oder die Beschädigung sensibler Teile, wie das bei abtastenden Techniken der Fall sein kann. Gleichzeitig wird durch die Auswertung von bis zu 15 Millionen Laser-Datenpunkten innerhalb einer Sekunde eine Messgenauigkeit von bis zu einem Mikromter gewährleistet.

Das sogenannte Bore-Inspection-System misst dreidimensional Bohrungen, Innengewinde, Bandmessungen, innere Feinnuten, Senkbohrungen und sogar zylindrische Objekte und deckt direkt in der Fertigungslinie innere Formdefekte auf. Zirka 50 Charakteristika der mit Rillen, Kanten oder Wülsten teils komplexen Teile können mit Hilfe des Geräts geprüft werden. "Innerhalb von wenigen Sekunden nehmen besondere konfokale Weißlichtsensoren oder Laserscanner - je nach Innendurchmesser - inline insgesamt bis zu 15 Millionen Datenpunkte auf und berechnen die Abweichungen der Geometrie oder der Oberflächenaspekte", erklärt Dr. Marc Rosenbaum, Gründer von MS3D. "Dadurch stellt das Gerät die Genauigkeit aller produzierten Teile mit einer Präzision von bis zu ein Mikrometer sicher, ohne dafür aufwändig Proben in Prüfräumen untersuchen zu müssen." Das Prüfsystem, mit dessen Hilfe neben Gewinden auch Profile und komplette 3D-Geometrien einzelner Oberflächen-Bauteile überprüft werden können, sei damit weltweit einzigartig. Mit der Technik kann das Unternehmen berührungslos und inline vor allem die Geometrie von Kurbelgehäuse-Zylindern überprüfen und etwaige Formdefekte sofort aufspüren.

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Kurze Durchlaufzeit bei hoher Genauigkeit
In einem automatisch ablaufenden Prozess senkt sich der Sensor Richtung Bohrloch, folgt entweder dem spiralförmigen Verlauf des Gewindes, einer geraden Mantellinie oder macht mehrere Rotationen, um in verschiedenen Abschnitten die unterschiedlichen Abstände zur Oberfläche zu messen. Ein Lichtstrahl gibt mithilfe der Weißlichtsensoren in hoher Frequenz kontinuierlich die Distanz zwischen der Sensorachse und der Bohrung an. Dank relevanter querschnittsbezogener Punkte sind die Daten aus der Messung genau genug, um das Bauteil vollständig zu überprüfen - einschließlich möglicher Defekte der Oberfläche oder des Rillenabstands. Beschädigte oder fehlende Einschraubgewinde können leicht aufgedeckt und das Teil aussortiert oder nachgebessert werden.

Die Bemessungszeiten der einzelnen Bauteile sind gering. Teilmessungen nehmen, abhängig von der Genauigkeit, etwa zwei bis zehn Sekunden in Anspruch. Das manuelle Laden des Bauteils dauert, je nach Fixierung, eine bis drei Sekunden, automatisch läuft das Ganze in einer halben bis einer Sekunde ab. Diese Zeitangabe gilt ebenso für das Entladen. Innerhalb von nur einer Sekunde kann die komplette Geometrie berechnet werden, und auch für die Oberflächenaspekte dauert die Messung nur drei bis zehn Sekunden - abhängig von der benötigten Genauigkeit und der Größe des Bohrlochs.

Individuelle Anpassung an die Produktionsumgebung
Mit einer Messgenauigkeit im Mikrometer-Bereich, einer hohen Ausfallsicherheit und der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse erhöht Bore Inspection die Wirtschaftlichkeit in der Autoindustrie, der Luft- und Raumfahrt, der Uhrenherstellung oder eben der Feinmechanik. Vor allem die Serienfertigung kann von einer Null-Fehler-Produktion profitieren und dabei Zeit und Geld einsparen. "Dank flexibler Einstellungen können zudem nicht nur einzelne Bauteile, sondern sogar komplette Produktbereiche überwacht werden", so Rosenbaum weiter. Ob es sich dabei um Aluminium, Titan, spiegelnde Oberflächen, rostfreien Stahl, Carbonfasern oder Glas handelt, spielt keine Rolle. Auch werden für das Messgerät keine expliziten Einspannvorrichtungen benötigt. Um für jeden Kunden eine optimale Fertigungskontrolle zu garantieren, wird die Lösung direkt auf die jeweiligen Anforderungen zugeschnitten. Beispielsweise kann das System so eingerichtet werden, dass es für eine breite Palette von Bauteilen passend ist.

Durch die frühzeitige Prüfung in der Produktion spart der Anwender neben Zeit auch Kosten, da fehlerhafte Werkstücke sofort aussortiert werden, statt sie noch weiter aufwändig zu bearbeiten, nur um sie bei der Endprüfung doch entsorgen oder aussortieren zu müssen. Die 3D-Überprüfung erfolgt komplett automatisch. Ebenso werden selbsttätig Reporte erstellt und gespeichert. Darüberhinaus ist durch die Robustheit und Funktionssicherheit des Systems Bore Inspection für den Einsatz in der rauen Produktionsumgebung ausgelegt, in der das Gerät meist eingesetzt wird.    pb

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