Innerhalb von einer ­Sekunde und mit einer Genauigkeit von ±1µm erstellen fünf Laser­scanner 15 Millionen Datenpunkte für das 3D-Modell.

Innerhalb von einer ­Sekunde und mit einer Genauigkeit von ±1µm erstellen fünf Laser­scanner 15 Millionen Datenpunkte für das 3D-Modell.Mesure-Systems-3D

Eine Kamera kann nur flache Teile kontrollieren und dementsprechend keine komplexen, dreidimensionalen Geometrien prüfen. Auch berührende Systeme eignen sich bei winzigen, nur 2 mm hohen Elementen nicht, da sie diese beschädigen würden. Darum gab ein schweizerischer Uhrenhersteller dem berührungslosen 3D-Prüfsystem des Herstellers Mesure-Systems-3D (MS3D) den Vorzug. Das bei dem Uhrenhersteller installierte Ringinspektions-System ermöglicht es, die interne und externe Geometrie der Uhrenteile mit einer Messung zu untersuchen sowie Formdefekte aufzuspüren. Über 500 Merkmale – 50 pro Teil bei zehn verschiedenen – erfasst es gleichzeitig. Grundsätzlich lassen sich beliebig viele Eigenschaften überprüfen, und mehrere Teile auf einmal laden und nacheinander prüfen. Das System bei dem Uhrenhersteller kontrolliert die Referenzwerte von zehn Teiletypen, angefangen bei einem Innendurchmesser von 20 mm bis zu einem Außendurchmesser von 40 mm und einer Höhe von 8 mm. „Innerhalb von einer Sekunde und mit einer Messgenauigkeit von ±1 µm für Formdefekte, wie Zylindrizität, Welligkeit oder Zirkularität, und 0,2 µm für geometrische Merkmale, wie Durchmesser, Höhe oder Breite, erstellen fünf Laserscanner 15 Millionen Datenpunkte für ein 3D-Modell. Anschließend wird es auf Abweichungen untersucht und das entsprechende Teil gegebenenfalls aussortiert“, erläutert Dr. Marc Rosenbaum, Geschäftsführer und Gründer von MS3D, das Funktionsprinzip des Messsystems. Dafür werden fünf Hochgeschwindigkeits-Linienscanner simultan geschaltet. Damit sich die Laser nicht gegenseitig blenden, werfen sie aus unterschiedlichen Richtungen und Winkeln eine Linie auf einen definierten Teilabschnitt. Jeder der fünf Sensoren generiert 700 Datenpunkte in einer sechstausendstel Sekunde. Das Prüfen einiger komplexerer Merkmale benötigt Daten von zwei oder drei Sensoren: Rillen an der Bauteil-Außenkante beispielsweise benötigen jeweils einen Sensor, der Aufnahmen von oben, und einen, der welche von unten macht.

Der Greifroboter (Bildmitte) legt ein Teil nach dem anderen auf ein Stativ ab, auf dem die Elemente nur durch ihr Eigengewicht und ohne weitere Fixierung ruhen.

Der Greifroboter (Bildmitte) legt ein Teil nach dem anderen auf ein Stativ ab, auf dem die Elemente nur durch ihr Eigengewicht und ohne weitere Fixierung ruhen.Mesure-Systems-3D

Alles im Griff

Dazu ist keine genaue Positionierung der Teile durch den Maschinenbediener nötig. „Wir haben einen Greifroboter entwickelt, der keinen Druck auf die Ringe ausübt und sich für alle Typen eignet. Der Roboter legt ein Teil nach dem anderen auf einem Stativ ab, auf dem die Elemente ohne weitere Fixierung ruhen“, führt Rosenbaum aus. Dort dreht das System jedes Teil um 360°, was etwa eine Sekunde dauert, um die komplette Oberfläche zu digitalisieren. Punktewolke und Drehung synchronisiert die dazugehörige Software, führt die Informationen zusammen und sortiert unbrauchbare Messwerte aus. Während der Roboter den Ring zurück zur Palette bringt, transformiert das Programm die gewonnenen x- und y-Koordinaten in ein 3D-Modell, berechnet die verschiedenen Merkmale und zeigt diese an. Unter Berücksichtigung der Toleranzen vergleicht die Software die Ergebnisse mit den Kennwerten und bewertet das geprüfte Teil als ‚in Ordnung‘ oder ‘nicht in Ordnung‘. „Der Prozess läuft vollautomatisch ab und wird fortlaufend dokumentiert. Da sich die Maschine auch selbsttätig rekalibriert, ist der Wartungsaufwand sehr begrenzt“, so Rosenbaum.

Der Roboter (blau in der Bildmitte) legt ein Teil nach dem anderen in das Prüfsystem. Dort dreht das System jedes Teil um 360°, um die Oberfläche zu digitalisieren.

Der Roboter (blau in der Bildmitte) legt ein Teil nach dem anderen in das Prüfsystem. Dort dreht das System jedes Teil um 360°, um die Oberfläche zu digitalisieren.Mesure-Systems-3D

100-%-Prüfung

Das Verfahren erfasst komplexe Geometrien ganz unterschiedlicher ringförmiger Teile wie etwa eines Torus (Ring mit kreisförmigem Querschnitt, wie ein Donut), einer Nut, einer Hohlrinne oder eines Abrundungsradius, ohne die Einstellungen an der Maschine ändern zu müssen. Die Ergebnisse sind auf 1 µm genau und werden nicht von ungünstigen Rahmenbedingungen wie Staub in der Produktionshalle beeinflusst.

Da die gesamte Inspektion eines Teils, inklusive Laden, Drehen und Zurückbringen, 20 s dauert, können Anwender die Messungen einfach in den Produktionszyklus integrieren. Gleichzeitig sinkt die Zahl der Fälle, in denen defekte Teile in die Montage gelangen. Bisher stellte sich der Mangel häufig erst nach der Endmontage heraus, was zu erheblichem personellen und finanziellen Aufwand für die Nacharbeit führte. Der Kunde spart daher Kosten, indem er seinen Ausschuss von vornherein reduziert. Mit dem System gibt der Messsystem-Hersteller eine Null-Fehler-Garantie.