Messsystem zur Optimierung der Präzision

Gesamtpaket zum automatisierten Messen

| Autor / Redakteur: David Cousins, Technisches Marketing Blum-Novotest / Anne Richter

Die BLUM-Messtaster gestatten Messgeschwindigkeiten von bis zu 3 m/min.
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Die BLUM-Messtaster gestatten Messgeschwindigkeiten von bis zu 3 m/min. (Bild: Blum Novotest)

Präzisionstechnik Disterhoft vertraut im hart umkämpften Markt der Lohnfertigung auf die Messtechnik von Blum-Novotest. Die neuentwickelte Blum-Software Kinematicsperfect nutzt das Unternehmen zur Optimierung der Präzision ihrer 5-Achs-Fräszentren.

Bereits von Anfang der Firmengeschichte an besteht die Zusammenarbeit von Präzisionstechnik Disterhoft mit Blum-Novotest. Denn schon in der ersten Spinner-Maschine war ein Lasermesssystem von Blum installiert, das hauptsächlich zur Werkzeuglängenmessung und zur Bruchkontrolle benutzt wird. Hinzu kam – ebenfalls von Blum – der Messtaster TC50, der aus dem Werkzeugmagazin eingewechselt und zum Messen der Bauteile genutzt wird. Die zweite Spinner-Maschine des Lohnfertigers ist exakt gleich bestückt, während die beiden Fanuc-Maschinen mit dem Werkzeug-Messtaster Z-Nano IR und jeweils einem Messtaster TC52 von Blum ausgestattet sind, sodass auch in diesen Maschinen Werkzeuge und Werkstücke automatisiert vermessen werden können.

Software zur Erfassung und Korrektur der Genauigkeit

Darüber hinaus setzt Disterhoft zur Steigerung der Präzision der Maschinen auf die Blum-Software Kinematicsperfect. Damit können die kinematische Genauigkeit der 5-achsigen Fanuc-Bearbeitungszentren vollautomatisch erfasst, Einflüsse identifiziert und Ungenauigkeiten korrigiert werden. Dazu wird eine Kalibrierkugel bei unterschiedlichen Schwenkpositionen der vierten und fünften Achse gemessen. Die Messung selbst wird mit Hilfe der von Blum entwickelten Messzyklen durchgeführt. «Anhand der Messwerte wird der Kinematikfehler für jede Stellung der Achsen berechnet und die Kinematikparametertabellen der Maschinensteuerung bei Bedarf automatisch korrigiert. Dann kann die Maschine die Fehler ausgleichen, sodass eine sehr hohe Präzision erreicht wird», berichtet Alexander Disterhoft. «Bei kritischen Teilen überprüfen wir den Kinematikfehler – der sich über die Erwärmung der Maschine verändert – durch regelmässiges Messen nach einer bestimmten Anzahl gefertigter Teile. Die Kalibrierkugel ist auf einer Palette montiert und kann so auch im mannlosen Betrieb auf den Fanuc-Bearbeitungszentren eingewechselt werden.»

Beurteilung der Präzision des Bearbeitungszentrums

Zur erweiterten Messdatenanalyse nutzt Disterhoft die Kinematicsperfect-PC-Software. Sie erlaubt eine einfache Leistungsbeurteilung der Maschinenkinematik. Einfach verständliche Visualisierungen der Messergebnisse ermöglichen die Beurteilung der Präzision des Bearbeitungszentrums. Lagerschäden oder mechanische Formabweichungen der Schwenkachsen lassen sich ebenso erkennen wie Rundheitsabweichungen und das Taumeln des Tisches oder einer Drehachse.

Vor allem die Darstellung der Kreisabweichung gibt dem Lohnfertiger ein gutes Gefühl, wo er mit der Präzision seiner Maschinen steht: «Gerade bei den winzigen Löffelchen, deren Kanten oder Verzahnung genau aufeinanderpassen müssen und die im Fünfachsbetrieb gefräst werden, ist das wichtig. Zudem ist die Messung sehr präzise», unterstreicht Waldemar Disterhoft. «Wir wissen von der Vermessung der Frästeile, dass die Y-Achse einer unserer Maschinen im kalten Zustand einen Fehler von 0,04 mm hat. Die Messung mit Kinematicsperfect ergab 0,039 mm – perfekt!»

Ohne integrierte Messtechnik keine Automatisierung

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Werkzeugvermessung in der Maschine für 24-Stunden-Fertigung

Wenn möglich, fertigt Disterhoft rund um die Uhr. Dazu ist es notwendig, immer wieder im gesamten Bearbeitungszyklus zu messen. Jedes Werkzeug wird nach der Bearbeitung im Laser oder mit dem Tastkopf gemessen, damit die Bearbeitung gestoppt werden kann, wenn ein Werkzeug gebrochen ist. Sonst würden die nachfolgenden Werkzeuge mit dem Werkstück kollidieren, da am Werkstück weniger bearbeitet wäre als gedacht. Dies könnte verheerende Folgen haben, nicht nur für die Werkzeuge, sondern auch für die Spindel und die Maschine selbst.

Die Maschine bleibt je nach Programmierung und Anzahl der verfügbaren Werkzeuge nach dem Erkennen eines Werkzeugbruchs stehen oder sie wechselt ein Schwesterwerkzeug ein, vermisst dieses und fährt mit dem nächsten Rohteil fort. «Wir haben kleine Bohrer mit 0,5 mm Durchmesser im Einsatz, die brechen schnell, da lohnt sich die Bruchkontrolle. Ausserdem sparen wir uns das teure Voreinstellgerät, indem wir neue Werkzeuge in der Maschine vermessen», erklärt Waldemar Disterhoft. «Zudem ist unsere Vorgehensweise noch genauer. Bei vielen Werkzeugen nutzen wir die Systeme auch zur Verschleissmessung und können diese so länger, also bis zum Standzeitende, einsetzen.»

Hohe Geschwindigkeit der Mess-Systeme

Geschwindigkeit ist für den Lohnfertiger wichtig, damit er die anstehenden Aufträge fristgerecht abarbeiten kann. Falls vor jedem Werkzeugwechsel das Werkzeug vermessen wird, würde sich das im Laufe des Tages zu einem spürbaren Zeitaufwand summieren. Daher ist es sehr wichtig, dass die Blum-Messsysteme sehr hohen Geschwindigkeiten standhalten. Disterhoft tastet mit 1000 mm/min an und fährt den Taster im Eilgang bis ganz kurz vor die Messstelle – das macht dem Messtaster nichts aus. Zudem misst der Taster – weil er nicht wie andere Taster auf einem Dreibeinsystem basiert – in alle Richtungen gleich gut, sodass man sich um die Ausrichtung des Tasters keine Gedanken machen muss.

Auch bei den Tastköpfen des Typs Z-Nano liess sich mit Hilfe von Blum noch einiges an Zeit herausholen: «Wir fahren inzwischen im Eilgang bis auf die längste mögliche Werkzeuglänge an den Tastkopf heran und bremsen dann nur auf 2000 mm/min ab, bis der Taster erreicht ist. Andere Tastköpfe können nur mit 300 mm/min angefahren werden, das dauert schon wesentlich länger», betont Alexander Disterhoft. «Messtaster wie Tastkopf liefern ihre Daten mittels Infrarotübertragung an die Maschine, das hat bisher immer problemlos funktioniert. Die Batterien müssen durchschnittlich zweimal im Jahr gewechselt werden – und das bei tausenden Messungen pro Tag!» Der kompakte Tastkopf Z-Nano fügt sich auch ideal in den kleinen Arbeitsraum der Fanuc-Maschinen ein und liefert dem Lohnfertiger einen echten Mehrwert.

Höchste Präzision bei kleinen und komplexen Bauteilen aus schwer zerspanbarem Material

Die Kunden von Präzisionstechnik Disterhoft kommen übrigens überwiegend aus den Bereichen Maschinenbau und Medizintechnik, wobei Letztere inzwischen der wichtigere Umsatzbringer ist. Denn gerade hier können die Disterhofts ihre Qualitäten ausspielen: höchste Präzision bei extrem kleinen und komplexen Teilen. Ein gutes Beispiel dafür sind Teile für Biopsiezangen: Diese Geräte werden durch winzige Öffnungen in den Körper eingeführt und bestehen aus einem langen, biegsamen Hals sowie an der Spitze zwei winzigen Löffeln, deren Kanten so scharf sind, dass sich mit ihnen eine Gewebeprobe entnehmen lässt. Am hinteren Ende befinden sich zwei Griffe aus Edelstahl, die denen einer Schere ähneln. Sowohl diese Zangengriffe als auch die winzigen Löffel mit etwa zwei Millimeter Breite und sechs Millimeter Länge fertigt Präzisionstechnik Disterhoft aus Chirurgenstahl, der nur schwer zerspanbar ist.

Messzeit ist Bearbeitungszeit

Die Blum-Messsysteme haben sich in Spaichingen absolut bewährt. «Wir sind sehr überzeugt von den Blum-Messsystemen und von der Zusammenarbeit. Auch die Schulungen waren immer sehr gut, da haben wir viel mitgenommen», zeigt sich Waldemar Disterhoft zufrieden. «Durch die hohen Antastgeschwindigkeiten, die sowohl bei Tastkopf als auch Messtaster möglich sind, verlieren wir kaum Bearbeitungszeit. Das ist sehr wichtig, wenn man rund um die Uhr produziert und viele tausend Messungen am Tag durchführt – schliesslich wird am Ende aus Messzeit Bearbeitungszeit und die bringt bares Geld.»

Auch unter Kühlschmiermittel und Spänen gibt es beim Lohnfertiger keine Probleme. So fährt Disterhoft vor dem Messen mit dem Z-Nano kurz mit der Kühlschmiermitteldüse an den Tastkopf und gibt einen kurzen Impuls. Dann werden alle Späne, die vielleicht auf dem Taster liegen, weggespült und die Messung wird nicht verfälscht. Die Lasersysteme haben nicht einmal bei innengekühlten Werkzeugen und den damit verbundenen Kühlmitteltropfen ein Problem, die Messungen sind stets zuverlässig.

Zuverlässigkeit entscheidend für mannlose Fertigung

Sehr wichtig ist diese Zuverlässigkeit vor allem in der nächtlichen Geisterschicht, in der die Maschinen unbeaufsichtigt laufen. Schliesslich könnte Präzisionstechnik Disterhoft die Maschinen nachts nicht laufen lassen, wenn sie nicht automatisiert messen würden. «Wenn wir keine Bruchkontrolle machen, ist die Gefahr von Beschädigungen viel zu gross. Und auch den Verschleiss haben wir unter Kontrolle, wenn wir die Werkzeuge regelmässig messen», erläutert Alexander Disterhoft. «Es nutzt uns nichts, wenn die Maschine die ganze Nacht läuft, wir dann aber 200 Teile wegwerfen müssen, weil ein Fräser verschlissen war und die Tiefe einer Tasche nicht innerhalb der Toleranz ist. Durch das direkte Messen in der Spindel können wir zudem das durch die Erwärmung verursachte Wachstum der Z-Achse kompensieren.» SMM

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