Präzise messen 3D-Inlineprüfung erkennt und meldet Oberflächenfehler

Mit einer Genauigkeit von 0,1 bis 1 µm überwacht ein 3-D-Sensor kleinste Bauteile auf Geometrie und Formdefekten. Und das ganze erfolgt noch während der Fertigung.

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IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG

DMB Technics AG

Kleinste Bauteile, die beispielsweise im Motor, Treibriemen oder im Fahrwerk verbaut werden, müssen hinsichtlich Geometrie, Form und Größe mit ein Höchstmaß an Genauigkeit gefertigt werden. Fehler haben weitreichende Konsequenzen für die Funktion und Folgekosten, etwa im Fall einer Rückrufaktion. Dem französischen Unternehmen Mesure-Systems-3D (MS3D) ist es jetzt gelungen, ein Gerät zu entwickeln, das solche Bauteile schon während der Produktion mit 3-D-Sensor-Überwachung auf Geometrie- und Formdefekte hin kontrolliert.

Die Bauteile zu 100 Prozent noch während der Fertigung berührungslos zu prüfen, bedeutet gleichzeitig enorme Zeit- und Kostenersparnis. Mit der ShapeInspection lassen sich lange und zylindrisch aufgebaute Bauteile während des gesamten Produktionsvorgangs mit modernen Sensoren überwachen und berührungslos in wenigen Sekunden auf bis zu 50 Merkmale hin untersuchen. Die Genauigkeit der Messwerte liegt dabei im µm-Bereich.

Wenn spezielle Messtechnik zum Einsatz kommt

Mithilfe der speziellen Messtechnik werden die außen und innen liegende komplexe Form-Geometrie und Formfehler überwacht und aus den erhaltenen Werten eine dreidimensionale Oberflächenansicht erstellt. Bei einer Genauigkeit von 0,1 bis 1 µm sind Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit optimal gewährleistet. Aufgrund der kurzen Messzeit kann der Anwender umfangreiche Fertigungsreihen mit einer großen Bandbreite von Bauteilen und Maßen produzieren und dennoch die gesamte Charge prüfen. Um Einblicke in den Produktionsvorgang zu ermöglichen, liefert MS3D eine programmierbare Software für unterschiedliche Bauteile der gleichen Teilfamilie, anhand derer das Gerät automatische Berichte erstellt.

Die Bauteile selber können sowohl manuell als auch automatisch in die richtige Position gebracht und wieder entfernt werden. Dafür sind keine speziellen Einspannvorrichtungen nötig, so dass ShapeInspection für eine Vielzahl unterschiedlicher Komponenten verwendet werden kann. Zum ist das Gerät robust und ausfallsicher und lässt sich das ganze Jahr über 24 Stunden am Tag einsetzen, da kaum Wartungsarbeiten anfallen und es auch mit empfindlichen Produktionsumgebungen kompatibel ist. Das kommt insbesondere in der Automobilindustrie zum Tragen. Aber auch die Luftfahrt-, Energie-, Bahn-, Waffen-, Uhr-, Glas-, Kunststoff- und Metallindustrie können von der Erfindung des Unternehmens profitieren.

Die Laserscanner des Geräts arbeiten mit der sogenannten Laser-Triangulationsvermessung, die einen zweidimensionalen Schnittnachweis auf verschiedenen Ziel-Oberflächen ermöglicht. Spezielle Linsen vergrößern den Laserstrahl, so dass er eine statische Linie bildet. Diese Linie wird auf die jeweilige Zieloberfläche projiziert und mit einer Kamera digitalisiert. Das indirekt reflektierte Licht der Laserlinie wird auf eine hochempfindliche Sensor-Matrix zurückgeworfen und der Abstand durch die Innenwinkelsumme mittels Triangulierung bestimmt.

Zusätzlich zur Information der z-Achse, die die Entfernung angibt, verwendet das Regelglied die Kamera-Abbildung, um die Position entlang der Laserlinie (x-Achse) zu berechnen. Diese Messwerte werden dann von einem zweidimensionalen Koordinatensystem abgefragt, das am Sensor angebracht ist. Durch Bewegung des Objekts oder Schwenken des Messfühlers ist es so möglich, etwa 500.000 bis 50.000.000 Messwerte zu gewinnen, über die die komplette Oberfläche digitalisiert wird und alle Oberflächendefekte analysiert werden können. Insgesamt dauert dieser Vorgang nur wenige Sekunden.

Maximal 4 Sekunden zum Messen

Pro Bauteil werden in der Regel zwei bis vier Sekunden benötigt, um es 3D zu vermessen. Je nach Aufbau der jeweiligen Einspannvorrichtung braucht der Anwender eine bis drei Sekunden, um das Bauteil manuell anzubringen. Automatisch läuft das Ganze in einer halben bis einer Sekunde ab. Das Gerät selbst berechnet die geometrischen Eigenschaften des Bauteils in nur ein bis zwei Sekunden. Für eine Fehlerkalkulation der Form- und Oberflächenaspekte benötigt es, abhängig von dessen Komplexität, zwei bis zehn Sekunden. „Dadurch verkürzt sich sie Endprüfung und es sind keine teilespezifischen Werkzeuge mehr nötig, so dass keine Zeit durch einen Wechsel verloren geht“, erläutert Dr. Marc Rosenbaum, Geschäftsführer und Gründer von MS3D, die Vorteile der Messung. Dabei beträgt die Messunsicherheit zehn bis 30 µm – je nach Größe des Bauteils und des verwendeten Sensors. Bezüglich der Geometrie beläuft sich die Messunsicherheit für zylindrische Bauteile sogar auf nur ein µm.

Hersteller können durch das neuartige Prüfsystem die Qualität ihrer Produkte verbessern und sie zu günstigeren Preisen anbieten – denn die ständige, aufwendige Kontrolle durch Mitarbeiter oder Labortechniken, die nicht unbedingt reproduzierbar sind und oft erst zu spät den Fehler erkennen, entfällt.

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