Renishaw Mit dem 5-Achs-Scanner schneller zum Messergebnis

Redakteur: Udo Schnell

Die Protagonisten in der Automobilbranche werden von Preisdruck und Zeitnot beherrscht. Alles, was die Produktion von Teilen günstiger und schneller macht, lindert das Problem. Das 5-Achs-Scannen schafft das etwa beim Thema Antriebsstrangfertigung.

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Nutzt man die 5-Achs-Scannerprüfung auf Koordinatenmessgeräten (KMG), umgeht man einige Nachteile, die von Systemen mit nur drei linearen Achsen her bekannt sind.
Nutzt man die 5-Achs-Scannerprüfung auf Koordinatenmessgeräten (KMG), umgeht man einige Nachteile, die von Systemen mit nur drei linearen Achsen her bekannt sind.
(Bild: Renishaw)

Die 5-Achs-Prüfung auf Koordinatenmessgeräten (KMG) kann mit Fug und Recht als ein technischer Durchbruch bezeichnet werden. Denn in der von hohem Wettbewerbsdruck gekennzeichneten Antriebsstrangfertigung in der Automobilindustrie wird kontinuierlich nach effizienteren Lösungen gesucht und gleichzeitig versucht man, die Produktionskosten zu senken.

Ein signifikanter technischer Durchbruch, der die Zykluszeiten je nach Anwendung um 20 bis 70 % verkürzt hat, ist das 5-Achs-Scannen auf KMG zur Prüfung von Teilemerkmalen. Anlagen, welche die 5-Achs-Scantechnik einsetzen, können an komplexen Teilen deutlich zu sparen helfen.

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Bei Messungen von Zylinderköpfen, Motorblöcken und Getriebegehäusen sind Zeiteinsparungen von 50 % nicht ungewöhnlich. Mithilfe eines Rauheitssensors, der Messungen mit denselben automatisierten CNC-Messroutinen ermöglicht, entfällt außerdem das Umspannen auf ein anderes Messgerät oder die manuelle Prüfung mit Handmessgeräten.

Schneller und präziser scannen

Alle KMG mit nur drei linearen Achsen (X, Y und Z) leiden in der Regel unter einer variablen Scangenauigkeit, die mit höherer Geschwindigkeit schlechter wird. Der Grund dafür ist, dass die Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte die Maschinenstruktur nicht unerheblich verdrehen, was auch zu Fehlern in den Messdaten führt. Um diese Fehler zu vermeiden und die geforderte Genauigkeit zu erreichen, wird die Scangeschwindigkeit relativ niedrig gehalten. Sie liegt meist unter 25 mm/s.

Mit dem markenrechtlich geschützten Revo- 5-Achs-Messsystem von Renishaw wurde eine Technik angewandt, die den Konflikt Geschwindigkeit/Genauigkeit radikal verändert hat: Der Messkopf hat zwei zusätzliche Drehachsen, die diese dynamischen Fehler bei hohen Messgeschwindigkeiten (bis 500 mm/s) vermeiden.

Dies wird erreicht, indem ein reaktionsschneller Messkopf zur Durchführung von zum Beispiel Kreisscans eingesetzt wird, während die Maschinenstruktur fest bleibt. Wenn Messpfade mehr als zwei synchronisierte Achsen benötigen, wie etwa beim spiralförmigen Scannen, können die X-, Y- und Z-Achsen so programmiert werden, dass sie sich in einem Vektor bei konstanter Geschwindigkeit bewegen und der Kopf die schnellen Scanbewegungen ausführt. Die Maschinenstruktur fährt in diesem Fall mit konstanter Geschwindigkeit und die oben genannten Fehler können vermieden werden.

Das Revo-System hat fünf verschiedene Tasterfamilien im Angebot, von der jede konstruiert wurde, um die Vorteile der 5-Achs-Bewegung und der stufenlosen Positionierung zu maximieren. Die Messtaster können automatisch gewechselt werden und es gibt Taster für taktiles Scannen, berührend schaltende Taster, Taster für Rauheitsmessungen sowie berührungslose optische Taster enthalten. Alle werden innerhalb eines gemeinsamen Koordinatenreferenzsystems verwendet und bieten die Wahl des optimalen Werkzeugs zur Messung mehrerer Merkmale auf einer einzigen KMG-Plattform.

Automatisierte Rauheitsmessungen

Schon seit ein paar Jahren wird dank des 5-Achs-Scannings geometrischer Merkmale Zeit eingespart; neue Entwicklungen rechtfertigen jetzt den Einsatz von 5-Achs-KMG-Techniken in der Fertigung von Antriebssträngen, einschließlich der erweiterten Rauheits-Messsensoren des Typs SFP2 für den neuesten Revo-2-Kopf. Mit der stufenlosen Positionierung von Revo können alle Merkmale, einschließlich kleiner Bohrungen wie Ventilführungen in Zylinderköpfen, geprüft werden. Aufgrund dieser zusätzlichen Option besteht kein Anlass mehr für den Einsatz traditioneller, handgehaltener Oberflächenwerkzeuge und die Rauheitsmessung dauert nur noch circa die Hälfte der bisherigen Zeit.

Bei der programmgesteuerten Oberflächenprüfung werden die Daten im selben Koordinatenreferenzsystem wie andere Taster erfasst und die Ergebnisse zur späteren Verwendung automatisch gespeichert. Die Betriebsmitteleinsparungen betragen bei neuen Linien rund 25 %, wenn ein 3-Achs-KMG mit manueller Prüfstation durch ein 5-Achs-KMG mit Rauheitsmessfähigkeit ersetzt wird. Die 5-Achs-Technik ist auf dem neuesten KMG-Standard, kann aber auch an vielen älteren Maschinen nachgerüstet werden.

Auf KMG mit Revo werden folglich weniger Konfigurationen von Tastereinsätzen benötigt, wodurch sowohl der Werkzeugbestand als auch die Zykluszeiten reduziert werden. In den meisten Fällen können selbst hochkomplexe Antriebsstrangteile mit zwei Tastereinsätzen, häufig auch nur mit einem einzigen Tastereinsatz komplett geprüft werden. Dies ist besonders wichtig, da KMGs einen Großteil ihrer Zykluszeiten beim Kalibrieren oder Tastereinsatzwechsel verbrauchen. Zwei Designfeatures des Revo-5-Achs-Systems bieten folgende Möglichkeiten:

  • Unbegrenzte rotatorische Positioniermöglichkeiten, damit alle Schrägeingriffe programmgesteuert sind und nicht vom Wechsel verschiedener Tastereinsatzkonfigurationen mit festen Winkeln abhängen.
  • Die Fähigkeit des Hochgeschwindigkeits-Scannens mit sowohl kurzen als auch langen Tastereinsätzen dank der Tip-Sensing-Tastertechnologie.

Aufgrund dieser Funktionen kann auch der längste Tastereinsatz, der für das am tiefsten liegende Merkmal benötigt wird, die Merkmale an der Oberfläche akkurat messen.

Wie funktioniert Tip-Sensing?

Beim Tip-Sensing wird die Position direkt hinter der Tastereinsatzspitze mit einem Laserstrahl, der auf einen Reflektor am Tastereinsatz gerichtet ist, gemessen. Der Reflektor verändert seine Position, sobald der Tastereinsatz das Werkstück berührt und sich dabei leicht biegt. Der veränderte Rückkehrweg des Laserstrahls wird dann erfasst und die exakte Position der Tastereinsatzspitze ist bekannt, da der Reflektor und die Tastereinsatzkugel nahe beieinander liegen.

Die Vorteile einer digital angeschlossenen Maschinenhalle haben in der Industrie aufgrund der potenziellen enormen Effizienzeinsparungen schon für viel Begeisterung gesorgt. Im Idealfall werden Größe und Lage der Merkmale automatisch überwacht und es werden automatische Anpassungen der vorgeschalteten spanenden Bearbeitungsvorgänge – basierend auf Trends – durchgeführt. So sollten Toleranzen innerhalb der Prozessgrenzen bleiben. Der Bedarf an einer schnellen Datenerfassung ist also sehr wichtig und die schnelle 5-Achs-Prüfung ermöglicht eine höhere Anzahl an Stichproben beziehungsweise die Umsetzung einer 100%-Inline-Prüfung.

Renishaw bietet das 5-Achs-System Revo auch als Nachrüstung an. In diesem Fall wird das bestehende KMG einer intensiven Prüfung unterzogen, um den Zustand seiner mechanischen und elektrischen Komponenten zu beurteilen. Durch langjährige Erfahrung von Renishaw mit nahezu allen KMG-Fabrikaten kann eine definierte Leistungssteigerung des Systems sowie die Planung für eine Nachrüstung sehr gut vorausgesagt werden.

Renishaw verfügt über flexibel gestaltete Wartungs- und Kalibrierlösungen sowie die Möglichkeit, regelmäßig die Maschinengenauigkeit mit Analysetools prüfen zu lassen. Das nachgerüstete System ist offen und der Kunde bleibt Eigentümer seiner Systemdatendateien. So hat der Kunde auch für die Zukunft die Gewähr der freien Wahl der Dienstleistungsanbieter für die laufende Wartung und Unterstützung seines Systems. MM

* Weitere Informationen: Renishaw GmbH in 72120 Pliezhausen, Tel. (0 71 27) 9 81-0, info@renishaw.de, www.renishaw.de

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