Sensorik 3D-Federmessung: schnell und hochgenau

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Qsigma hat ein präzises 3D-Messsystem für Fahrwerksfedern entwickelt, mit dem sich unterschiedlich beschaffene Federn in kürzester Zeit und auf einfache Weise vermessen lassen. Die Vorteile liegen besonders in schneller Taktung, hoher Messgenauigkeit und deutlicher Ausschussreduzierung. Bei den eingesetzten Liniensensoren vertraut das Unternehmen auf leistungsstarke optische Sensoren von Micro-Epsilon.

Die Qsigma GmbH ist ein Fachunternehmen für industrielle Messtechnik. Zur schnellen und präzisen 3D-Vermessung von Fahrwerksfedern hat das Unternehmen das Komplettsystem SMS – Spring Measurement System – entwickelt. Es ist mit moderner und hochgenauer Sensorik des Sensorspezialisten Micro-Epsilon ausgestattet. Die automatisierte Vermessung der Federn spart Zeit sowie Material. Ob die zu messende Feder dabei gerade, bauchig oder stark gekrümmt ist, spielt übrigens keine Rolle. Erfasst werden können Seitenlastfedern, C-Federn, Zylinderfedern, Federn mit tief eingezogenen Enden, Miniblock-Federn und kundenspezifische Modelle. Die Oberflächenbeschaffenheit kann ebenfalls variie­ren, so lassen sich auch lackierte und pulver­beschichtete Federn vermessen.

Federmessung mit System

Das Messsystem ist in einem kompakten sowie mobilen Schrank mit Schiebetür untergebracht. Es lässt sich ergonomisch beladen. Die zu messende Feder wird auf eine rotierende Längsachse aufgesteckt. Das Komplettsystem von Qsigma bietet eine automatische Federerkennung. Es wertet zudem die Drahtkontur und den Drahtdurchmesser aus, selbst wenn dieser starken Schwankungen unterliegt. Für Vergleichsauswertungen wird eine automatische Mittelachsenbestimmung durchgeführt. Das System ist des Weiteren temperaturkompensiert und lässt sich dadurch auch in industriellen Umgebungen mit unbeständigen Temperaturen einsetzen.

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Die Federmessanlage von Qsigma ermöglicht eine komplette, hochgenaue und umfangreiche 3D-Auswertung, die über verschiedene Formate zur weiteren Verarbeitung, Speicherung und für Qualitätssicherungszwecke ausgegeben werden kann.

Die Messaufgabe

Durchgeführt wird die Messaufgabe von einem Laser-Profil-Scanner der Reihe ScanControl und bei anderen Bauteilen zusätzlich von einem Laser-Triangulationssensor der Reihe OptoNCDT. Beide Laser-Sensoren stammen vom Sensorspezialisten Micro-Epsilon. Der Laser-Profil-Scanner kann bei der Federmessung in horizontaler wie vertikaler Richtung verfahren werden. Er misst zunächst die Feder an, um sich auch in Bewegung immer korrekt in Position zu befinden und dadurch stets eine optimale Ausrichtung zum Messobjekt zu erreichen. Die Positionierung des Laserscanners während der Messung erfolgt durch die von Qsigma speziell für dieses System entwickelten mathematischen Algorithmen zur intelligenten Pfadverfolgung.

In radialer Richtung wird der Laserscanner immer so zum Prüfteil positioniert, dass die zu messende Kontur in der Mitte des Messfeldes und somit im Bereich mit höchster Genauigkeit liegt. Die Messung erfolgt ohne Rastern in einer konstanten Bewegung ohne Stopps. Die Vorgabe einer Sollkontur ist nicht notwendig.

Zusätzlich zur Auswertung des Federpfads wird das Federende automatisch detektiert, selbst dann, wenn die Augen der Federn stark eingezogen sind. Der im SMS-System genutzte optische Messaufbau ermöglicht eine sehr hohe Genauigkeit, da mittels intelligenter Algorithmen sowie der elektromechanischen Regelung abstandsabhängige Einschränkungen kompensiert werden. Dieser Konzeptansatz kann auch auf andere Prüflinge angewendet werden. Eingesetzt wird das Messsystem in Entwicklungslaboren, beim Prototypenbau, in der Qualitätskontrolle, beim Einrichten der Produktionsmaschine oder beim Reverse-Engineering. Es lassen sich sowohl Inline- als auch Atline-Messungen realisieren.

Die Vorteile

Das Federmesssystem bietet eine effiziente und wirtschaftliche Komplettlösung. Es liefert präzise Messergebnisse schnell und zuverlässig bei automatisiertem Messablauf. Dadurch lassen sich Messungen in kürzester Zeit umsetzen. Da schnell fehlerhafte Bauteile ermittelt werden, wird Ausschuss deutlich reduziert, was zusätzlich die Kosten senkt. Die Einbindung des kompakten Messsystems ist auf einfache Weise bei bedienerfreundlicher Anwendung und geringem Wartungsaufwand möglich.

Die Datenausgabe

Mit der InnoMeas-Software-Suite werden die Ergebnisse des Qsigma-Systems durch frei definierbare, vergrösserte Grafiken dargestellt. Toleranzen und Warngrenzen können definiert werden. Datenimport und -export sind über zahlreiche Formate wie qs-STAT, Testdateien, PDF, DXF, 3D (Tecplot, Punktewolken) und kundenspezifische Formate möglich. Als Kommunikationsschnittstellen stehen beispielsweise EtherCAT, Feldbus, Profinet, ModBus, Siemens S7 et cetera zur Verfügung. Die optischen Sensoren messen in dieser Anwendung in einem Bereich von bis zu 100 mm und mit einer Auflösung von 3 bis 12 µ. Bis zu 10 000 Linien werden bei adaptiver Sensor-Positionierung pro Sekunde erfasst.

Die Sensortechnologie

Die Produktfamilie ScanControl von Micro-Epsilon gehört zu den weltweit leistungsfähigsten Profilsensoren. Die Auflösung in z-Richtung kann je nach Modell bis zu 1 µm betragen. Mit dieser hohen Genauigkeit sind die Laser-Profil-Scanner in der Lage, auch kleinste Teile mit höchster Präzision zu vermessen. Die Auflösung entlang der y-Achse hängt im Wesentlichen davon ab, wie präzise das Messobjekt relativ zum Scanner bewegt werden kann. Mit Messraten von bis zu 10 kHz lassen sich so Oberflächen nicht nur äusserst präzise, sondern auch schnell vermessen.

Die Laser-Profil-Scanner der Serie ScanControl nutzen einen leistungsfähigen Controller, der im Gehäuse integriert ist. Die Parametrierung erfolgt über die PC-Software Configuration Tools, in der Applikationen wie beispielsweise Stufen, Winkel oder Nuten einfach eingestellt werden. Die Parametersätze werden direkt im Sensor gespeichert. Auch die Ausgabe eines IO/NIO-Signals ist möglich. Das erspart dem Anwender die Verwendung einer externen Steuerungs- oder Auswerteeinheit und erlaubt eine einfache Verdrahtung. Die Laser-Profil-Scanner von Micro-Epsilon werden in den verschiedensten Anwendungen eingesetzt. Überall dort, wo hohe Messgenauigkeit und Auflösung gefragt sind, können die Geräte der Serie ScanControl ihre Stärken ausspielen. Typische Anwendungen finden sich in der Feinmechanik, der Elektronik und der Fertigung von Präzisionsteilen. Auch die Werkzeugführung und Qualitätskontrolle beim Laserschweissen ist möglich.

Die 3D-Messungen

Neu im Micro-Epsilon-Portfolio sind die 3D-Laserscanner. Sie liefern präzise 3D-Messungen beispielsweise in Messmaschinen und in der Inline-​Fertigungsüberwachung. Neben der kompakten Bauform überzeugen die ScanControl-3D-Scanner durch hohe Präzision, Dynamik und Oberflächenvielfalt in zahlreichen Anwendungen. In Verbindung mit der Software 3DInspect bieten sie ein leistungsstarkes Paket für 3D-Messaufgaben. SMM

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