Präzise Geometrie-
vermessung

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Gestreute Linie (oder Streulicht)

Bei einer Messung wird das diffus gestreute Licht der Linie von einem hochempfindlichen CMOS-Chip detektiert, welcher ein präzises Abbild des Oberflächenprofils erzeugt. Jede Veränderung des Profils verändert die abgebildete Linie und resultiert damit in einem geänderten Abbild auf dem Chip. Jede Linie kann man sich als Aneinanderreihung von Punkten vorstellen.

Da das Messobjekt oder der Scanner in KMMs bewegt wird, entsteht durch aneinanderlegen der einzelnen Linienprofile ein 3D-Abbild des Objekts. Dabei wird auch von der sog. Punktewolke gesprochen, weil sich das Bild aus tausenden einzelner Messpunkte zusammensetzt.

Auf alles achten - Realisierbarkeit verschieden

Grundsätzlich ist keine pauschale Aussage darüber möglich, ob ein Objekt messbar ist oder nicht. Der Erfolg der Messung ist immer davon abhängig, welche Parameter gemessen werden sollen und unter welchen Umständen die Messung erfolgen soll. Deshalb ist eine Beurteilung der Realisierbarkeit von Objekt zu Objekt neu zu treffen.

Der Erfolg einer Messung ist z.B. davon abhängig, wie viel Zeit für eine Messung zur Verfügung steht. Je langsamer ein Objekt den Laserstrahl passiert, desto mehr Zeit steht zur Datenaufnahme zur Verfügung. Demzufolge kann auch keine pauschale Aussage getroffen werden, ob Messungen, die im statischen Zustand brauchbare Ergebnisse geliefert haben, auch im dynamischen Zustand verwendbar sind.

Reflexionseigenschaften beeinflussen Messbarkeit

Die Qualität des Ergebnisses hängt ebenfalls davon ab, welche Reflexionseigenschaften das Messobjekt hat. Je nach dem, wie stark absorbierend oder reflektierend das Messobjekt ist, können mehr oder weniger gute Daten gewonnen werden. Auch das zugrunde liegende Material ist für den Erfolg der Messung verantwortlich. Zum Beispiel kann durch zu hohe Semitransparenz, wie bei PET-Flaschen, das Signal nicht auswertbar werden.

Als letzter Faktor für den Erfolg steht die Kontur, bei der durch mögliche Abschattungen oder Mehrfachreflexionen das Profil Fehlstellen oder unbrauchbare Profilpunkte aufweisen kann. Diese grundlegenden Faktoren können das Messsignal essentiell beeinflussen und Fehlstellen oder Ausreisser zur Folge haben.

Die richtige Einstellung

Trotz all dieser kritischen Faktoren kann aus einem schwierig auszuwertenden Signal mit Ausreissern und Fehlstellen ein durchgängiges Signal mit deutlich erkennbarem Oberflächenprofil erstellt werden. Dies erreicht man durch die individuelle, richtige Einstellung des Sensors, die auf das Messobjekt abgestimmt ist. Mit verschiedenen Filtern und Einstellungen der Belichtungszeit können häufig mangelhafte Signale in einer zweiten Messung soweit verbessert werden, dass am Ende eine nutzbare Information zur Verfügung steht.

Beispielsweise wird die Messung eines bewegten, schwarzen Gummiobjekts mit kurzer Belichtungszeit ein eher unbrauchbares Profil liefern (da unterbelichtet), als wenn das Objekt nicht bewegt wird und dadurch eine längere Belichtungszeit über das ganze Profil möglich ist.

Erfassung grosser Messbereiche

Ein Nachteil aller hochauflösenden Messmethoden ist, dass sie lediglich kleine Messfelder aufweisen. Standardmässige Laserlinien-Triangulationsgeräte, die etwa 10 ?m Auflösung erreichen, haben einen Messbereich von ungefähr 2 cm. Bei anderen Sensoren sieht es ähnlich aus. Damit können Wendeschneidplatten, Bohrer, Fräser und andere Werkzeuge mit ähnlichen Dimensionen vermessen werden, aber keine Objekte, die einige Dezimeter gross sind. Um grosse Messbereiche erfassen zu können, sind Mechaniken nötig, die das kleine Messfeld einer hochgenauen Sensorik über das Messobjekt verfahren. Da die Positioniergenauigkeit einer gängigen Mechanik viel zu ungenau ist, muss diese von einem inkrementalen Wegmesssystem bestimmt werden.

Applikationsspezifisch gewählte Verfahren

Zentraler Bestandteil jeder Messanlage ist die Software, die die Einzelkomponenten steuert. Statt einer SPS setzt EHR im Allgemeinen einen oder mehrere IPCs ein. EHR stellt je nach Anforderung verschiedene Kundenlösungen zusammen. Besonders Kurbelwellenfräser sind hier ein anschauliches Beispiel für die mm-genaue Vermessung sehr grosser Objekte.

Es müssen dutzende kleiner Wendeschneidplatten positionsvermessen und ggf. nachgerichtet werden. Dazu wurde ein stabiler Arm an die z-Achse eines Werkzeugvoreinstellgeräts so montiert, dass der Laser-Scanner zentral im Werkzeug positioniert ist und von hier aus die einzelnen Wendeschneidplatten exakt angefahren werden können.

Spezialisiert hat sich EHR auch auf die Messung von innen liegenden Geometrien. Verzahnungen von Zahnrädern beispielsweise werden traditionell taktil durch Auskugeln vermessen (Rollenmass), indem die Eindringtiefe einer Kugel zwischen die Zahnflanken gemessen wird. Dieses Verfahren ist aufwändig, da langwierig.

Mit speziellen Algorithmen werden die Zahnräder digital ausgekugelt: Der Laserscanner Scancontrol 2800 erfasst die 3D-Kontur, in die dann Kugeln desselben Radius hinein gerechnet werden. Auf diese Weise sind beide Messmethoden genau vergleichbar. Nun aber mit dem grossen Vorteil, diese Messmethode automatisieren und frei von menschlichen Fehlern durchführen zu können. Mit denselben Messdaten können meist auch weitere Messwerte ermittelt werden, wie z.B. Paral-lelitäten und Planläufe von Flächen, Höhen, Winkel, Durchmesser, Rundheiten und sonstige bauteilbedingte Besonderheiten. Damit ist eine schnelle und umfassende Qualitätssicherung gewährleistet.

AutorDipl.-Ing. Christian Kämmerer, MBAProduktmanagement Scancontrol

InformationEHR GmbHDr. Helge MoritzLeiter VertriebWittumstrasse 1075181 PforzheimTel. +49 7231 9731 15Fax +49 7231 9731 9Helge.Moritz@ehr.dewww.ehr.de

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