Flächige 3D-Messung in der Werkzeugmaschine

Anbieter zum Thema

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

Renishaw GmbH

Shining 3D Tech Co., Ltd

Fraunhofer-Institut für Physikalische Meßtechnik IPM

Ausschuss frühzeitig erkennen

Auf diese Weise erkennt der Holo-Cut-Sensor Ausschuss frühzeitig, sodass unterschiedliche Prozessfehler direkt am Bearbeitungsergebnis identifiziert und durch Rückführung in den Fertigungsprozess umgehend korrigiert werden können. So lassen sich sowohl Fräsparameter wie Zustellung oder Schnittgeschwindigkeit als auch die Trajektorie des Fräskopfs optimieren. Auch die Abnutzung des Werkzeugs wird genau erkannt, sodass der Austausch zum optimalen Zeitpunkt erfolgen kann.

Der Sensor ist so konstruiert, dass er sich in verschiedenste Werkzeugmaschinentypen sehr einfach integrieren lässt. In der aktuellen Ausführung hat der Sensorkopf ein Gewicht von 7,5 kg und eine Größe von 140 mm × 235 mm × 215 mm. Bei einem typischen Messfeld von 20 mm × 20 mm erreicht das Messsystem eine laterale Auflösung von unter 7 µm; der Arbeitsabstand beträgt rund 300 mm. Bild 3 zeigt am Beispiel einer Wärmesenke zur Lasermontage, welche Maße und Oberflächenparameter in Sekundenbruchteilen zur Rückführung in den Bearbeitungsprozess zur Verfügung stehen. Die Reproduzierbarkeit der Höhenmesswerte ist dabei besser als ein Mikrometer.

Griff in die Kiste

Maschinelle Lernverfahren verfeinern Griff in die Kiste

Die digitale Holografie ist ein interferometrisches Verfahren, das die makroskopische Topografie einer Bauteiloberfläche mit mikroskopischer Genauigkeit erfassen kann (siehe Ergänzendes zum Thema).

In der Praxis scheitern solche Methoden oftmals an komplexen Strukturen wie Steigungen, tiefen Rillen, hohen Kanten und Löchern. Bei steilen Objektkanten kann das errechnete Höhenrelief in der Regel nicht mehr eindeutig ausgewertet werden.

Dieses Problem wird beim Holo-Cut-Sensor mithilfe mehrerer schmalbandiger Laser unterschiedlicher Messwellenlängen gelöst. Das Verfahren nennt sich daher digitale Mehrwellenlängen-Holografie. Dabei werden aus mehreren Wellenlängen im Rechner sogenannte synthetische Wellenlängen erzeugt, um einen größeren Messbereich abzudecken – je nach Rauigkeit der Oberfläche vom (Sub-)Mikrometer- bis in den Millimeterbereich. Auf diese Weise kann der Sensor makroskopische Topografien mit mikroskopischer Genauigkeit erfassen.

Die digital-holografische Rekonstruktion der Prüflingstopo­grafie ist sehr rechenaufwendig. Noch vor wenigen Jahren war die Rechenzeit ein limitierender Faktor für die Dauer der Messung. Aufgrund der Rechenleistung moderner Grafikkarten ist die Auswertezeit jedoch in den Hintergrund gerückt: 3D-Messsysteme aus der vom Fraunhofer-IPM entwickelten Holo-Top- beziehungsweise Holo-Cut-Sensorfamilie werten inzwischen mehr als 100 Mio. 3D-Messpunkte pro Sekunde aus und besitzen damit hinsichtlich Genauigkeit und Geschwindigkeit weltweit eine Alleinstellung.

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