Berührungsloses 3D-Inline-Prüfsystem zur Ringinspektion

Runde Teile ohne Fehler

Präzision ist ein unabdingbarer Aspekt für industrielle Hersteller. Hier wird ein Verfahren vorgestellt, mit dem sich komplexe, ringförmige Industrieteile genau vermessen lassen. Eine Null-Fehler-Garantie erfolgt somit bereits während des Montageprozesses.

Die Möglichkeit, in einer Sekunde komplexe, ringförmige Industrieteile auf ein Mikrometer genau vermessen zu können, gab für einen Schweizer Uhrenhersteller den Ausschlag für die Beauftragung von MS3D. Das französische Unternehmen hat sich auf die Entwicklung und den Bau berührungsloser 3D-Inline-Prüfsysteme spezialisiert. (Foto: Mesure-Systems-3D)

Wenn kleine, ringförmige Bauteile auf Formkonformität und mögliche Defekte hin kontrolliert werden sollen, besteht vor allem bei berührenden Prüfsystemen das Risiko, dass diese dabei verformt und beschädigt werden. Um aufwändige kostenintensive Rückrufaktionen - etwa in der Automobilindustrie - auszuschließen und die Kosten durch fehlerhafte Chargen gering zu halten, hat Mesure-Systems-3D für einen renommierten Schweizer Uhrenhersteller ein berührungsloses 3D-Prüfsystem entwickelt, das sich direkt in die Produktionslinie integrieren lässt. Mehr als 500 Charakteristika lassen sich damit bei einer Messung der sensiblen Teile schnell und sicher erfassen. Auch Automobilzulieferer können das Gerät nutzen, um beispielsweise Nocken oder Lager zu testen. Die Ringinspektion, die bei dem Uhrenhersteller verbaut wurde, ermöglicht es, mit einer einzigen Messung die interne und externe Geometrie zu untersuchen sowie Formdefekte aufzuspüren. Grundsätzlich können sechs Teile gleichzeitig geladen und beliebig viele Eigenschaften überprüft werden. Mit der ausgelieferten Version werden die Referenzwerte von zehn verschiedenen Teiletypen kontrolliert, angefangen bei einem Innendurchmesser von 20 Millimeter bis zu externen Durchmessern von 40 Millimeter und einer Höhe bis acht Millimeter. Insgesamt werden mehr als 500 Charakteristika mit den eingegebenen Parametern verglichen.

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Laserscanner erstellen ein 3D-Modell

In nur einer Sekunde und mit einer Messungenauigkeit von nur einem Mikrometer erstellen fünf Laserscanner 15 Millionen Datenpunkte, aus denen ein 3D-Modell erstellt wird. Dieses wird auf Abweichungen hin untersucht und das entsprechende Teil gegebenenfalls aussortiert. Dafür werden fünf Hochgeschwindigkeits-Linienscanner simultan geschaltet. Diese werfen aus unterschiedlichen Richtungen und verschiedenen Winkeln, damit sich die Laser nicht gegenseitig blenden, eine Linie auf einen definierten Teilbschnitt. Jeder der fünf Sensoren generiert 700 Datenpunkte pro Sechstausendstelsekunde. Bei einigen Features werden dafür Daten von zwei oder drei Sensoren benötigt. Rillen beispielsweise benötigen einen Sensor, der von oben und einen, der von unten Aufnahmen macht.

Roboter greift die Ringe, ohne sie zu drücken

Eine genaue Positionierung der Teile ist nicht nötig. Ein Greifroboter, der keinen Druck auf die Ringe ausübt und für alle Typen gleichermaßen geeignet ist, legt ein Teil nach dem anderen auf einer Art Stativ ab, auf dem die Elemente nur aufgrund ihres Eigengewichts ohne weitere Fixierung ruhen. Dort wird jedes Teil um 360 Grad gedreht, um die komplette Oberfläche anhand von 15 Millionen Punkten zu digitaliseren. Die Punktewolken werden mit der Drehung synchronisiert, die dazugehörige Software führt die Informationen zusammen und sortiert unbrauchbare Messwerte aus. Während der Roboter den Ring zurück zur Palette bringt, werden die gewonnenen X-Y-Koordinaten in ein 3D-Modell transformiert, die verschiedenen Features berechnet und angezeigt. Unter Berücksichtigung der Toleranzen werden die Ergebnisse mit den Kennwerten verglichen und das geprüfte Teil als geeignet oder ungeeignet bewertet. Der Prozess läuft vollautomatisch ab und wird fortlaufend dokumentiert. Da sich die Maschine selbsttätig rekalibriert, entfällt eine Wartung. Damit ist die Zuverlässigkeit der Messung das ganze Jahr rund um die Uhr gewährleistet. Die wenigen Anpassungen, die noch verbleiben, seien aufgrund des ergonomischen Designs der Anlage einfach, verspricht der Hersteller.

Flexible Inline-Prüfung der gesamten Produktion

Dieses Verfahren von bietet Flexibilität: Es lassen sich komplexe Geometrien unterschiedlicher ringförmiger Teile wie etwa eines Torus, einer Nut, einer Hohlrinne oder eines Abrundungsradius erfassen, ohne dass die Einstellungen an der Maschine geändert werden müssen. Die reproduzierbaren Ergebnisse sind auf ein Mikrometer genau und werden nicht von ungünstigen Rahmenbedingungen wie Staub in der Produktionshalle beeinflusst. Außerdem werden wesentliche Nachteile anderer Lösungen umgangen: Durch Visionsprüfung lassen sich nur flache Teile und daher keine komplexen, inneren Geometrien kontrollieren. Berührende Systeme scheiden ohnehin aus, weil sie die winzigen, nur wenige Millimeter hohen Elemente beschädigen würden. Es sind keine temperierten Messräume notwendig, und es wird deutlich weniger Personal benötigt. Da die gesamte Inspektion eines Teils samt Laden, Drehen und Zurückbringen nur 20 Sekunden dauert, lassen sich die Messungen gut in den Produktionszyklus integrieren. Gleichzeitig sinkt die Zahl der Fälle, in denen defekte Teile verbaut werden und sich der Mangel erst nach der Endmontage herausstellt, so dass man dem Abnehmer eine Null-Fehler-Garantie geben kann. Hersteller können dadurch nicht nur im personellen Bereich erhebliche Kosten einsparen, sondern den Ausschuss von vornherein reduzieren.     pb

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