Abtragregelung der Mikroerosion maximiert die Genauigkeit

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wbk Institut für Produktionstechnik Universität Karlsruhe (TH)

Relativer Erodierwerkzeug-Verschleiß nimmt mit Bearbeitungstiefe zu

Die korrekten Parameter für die Verschleißkompensation beruhen auf Erfahrungswissen und können sich durch veränderte Prozessbedingungen während der Bearbeitung ändern. So haben die fortschreitende Bearbeitungstiefe, die Spülung des Funkenspalts durch das Dielektrikum und eine variierende Bahnüberlappung einen Einfluss auf das Ausmaß des Elektrodenverschleißes. Gewöhnlich nimmt der relative Werkzeugverschleiß mit steigender Bearbeitungstiefe zu, sodass die gewünschte Tiefe bei der Fertigung nicht erreicht wird.

Dazu kommt, dass jede Abtragebene entweder von außen nach innen oder von innen nach außen abgetragen wird. Je nach Bearbeitungsstrategie kommt es bei einer ungenauen Verschleißkompensation daher zur Ausprägung einer konvexen oder konkaven Oberfläche des erzeugten Grundes einer Kavität, da von einer Bahn zur nächsten die Elektrode entweder zu viel oder zu wenig zugestellt wird. Dementsprechend erfolgt dann auch der Materialabtrag am Bauteil.

Dies äußert sich ebenfalls in der Oberflächenstruktur des Formeinsatzes. Wie in Bild 2 dargestellt, sind in der Oberfläche deutliche Riefen zu erkennen, die durch unterschiedliche Tiefen der Elektrodenbahnen einer Bearbeitungsebene hervorgerufen wurden.

Konfokaler Weißlichtsensor bestimmt Geometrieabweichung beim Erodieren

Um den steigenden Anforderungen der Herstellung von hochpräzisen Formeinsätzen für die Abformtechnik gerecht zu werden, wurde am Institut für Produktionstechnik wbk eine prozessübergreifende Abtragregelung für die Mikrobahnerosion entwickelt. Grundlage war die Implementierung eines Messsystems in die Mikrofunkenerosionsanlage, um das Werkstück ohne Umspannen bearbeiten und messen zu können. Dafür wurde ein konfokaler Weißlichtsensor ausgewählt, mit dessen Hilfe die exakte Bestimmung einer auftretenden Geometrieabweichung möglich ist.

Der Sensor basiert auf dem Prinzip der chromatischen Abstandsmessung (Bild 3), [3]. Das Wellenlängenspektrum von 400 bis 800 nm (weißes Licht) wird auf der Werkstückoberfläche durch einen Messkopf mit einer stark wellenlängenabhängigen Brennweite fokussiert. So werden die unterschiedlichen Wellenlängen des weißen Lichtes verschieden stark fokussiert.

Abhängig davon, welche Wellenlänge von der Werkstückoberfläche reflektiert wird, detektiert das Spektrometer ein Maximum der Intensität. Basierend auf den ermittelten Daten können dann die Tiefenabstände der einzelnen Messpunkte relativ zueinander ermittelt und ausgewertet werden.

Messstrategie beruht auf der jeweiligen Bearbeitungsstrategie

Weil der Spotdurchmesser des Sensors lediglich einen Durchmesser von 5 µm hat, ist das Abtasten einer Gesamtstruktur sehr zeitintensiv. Um Nebenzeit einzusparen, wurde deshalb eine Messstrategie entwickelt, die auf der jeweiligen Bearbeitungsstrategie beruht, die zur Erzeugung der zu messenden Geometrie verwendet wurde.

Dieser Ansatz setzt voraus, dass die Elektrode stets eine plane Stirnseite aufweist, was durch die ständige Rotation und den ebenenweisen Abtrag gewährleistet ist. Durch diese Vorgehensweise wird die Messzeit enorm reduziert und dennoch jedes Höhenniveau der Oberfläche erfasst. Zudem kann aufgrund einer Überlappung von 50% des Werkzeugdurchmessers die Kantenrundung der Elektrode vernachlässigt werden.

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