Koordinatenmeßgeräte

Autoren:
Jens Flegelskamp
Olaf Jäkel

Inhaltsverzeichnis

1. Koordinatenmeßgeräte

1.1 Einsatzschwerpunkte von Koordinatenmeßgeräten
1.2 Anforderungen an Koordinatenmeßgeräten
1.3 Grundbauarten von Koordinatenmeßgeräten
1.4 Tastsysteme
1.5 Vorteile von Koordinatenmeßgeräte gegenüber konventionellen
Messen
1.6 Nachteile von Koordinatenmeßgeräte gegenüber konventionellen
Messen
1.7 Literaturnachweis

1. Koordinatenmeßgeräte
Merkmal aller Koordinatenmeßgeräte sind drei Meßachsen (Wegmeßsysteme), die senkrecht aufeinander stehen und ein räumliches Koordinatensystem bilden. Die drei Achsen werden mit X , Y , Z bezeichnet.
Es können durch die verschiedenen Taster viele Meßpunkte an einem Werkstück in einer Werkstücklage ermittelt werden. Das zeitaufwendige Ausrichten des Werkstücks auf der Meßplatte entfällt.
Koordinatenmeßgeräte werden eingesetzt um viele Meßpunkte an komplexen Werkstückformen präzise und schnell erfassen zu können. Es können Istmaße bzw. Form- und Lagetoleranzen gemessen und dokumentiert werden. Desweiteren ist es möglich, theoretische Maße die im ,,Raum" liegen und mit herkömmlichen Meßmittel nicht zu erfassen sind, über Meßpunkte zu berechnen.

1.1 Einsatzschwerpunkte
· Die Stichprobenmessung der Werkstücke zur fortlaufenden Prozeßüberwachung und -regelung
· Die Zwischenkontrolle der Werkstücke vor dem Umspannen und weiteren nachfolgenden Bearbeitungsstufen
· Die automatische Dokumentation der Meßdaten
· Die Maßkontrolle der Werkstücke beim Einfahren neuer Programme und das Einrichten der Fertigungseinrichtungen
· Die indirekte Werkzeugverschleißkontrolle, eventuell in Verbindung mit dem automatischen Nachführen der Werkzeug-korrekturwerte in der CNC
· Das Messen und Überprüfen der Spannvorrichtungen

1.2 Anforderungen
· Werkstatt-Tauglichkeit
Die Maschine sollte gekapselt sein, um gegen Schmutz, Temperatur Feuchtigkeit und Schwingungen hervorgerufen durch die Umgebung , geschützt zu sein.. Dises ist erforderlich um genaue Meßwerte zu ermitteln.
· Werkstatt-Freundlichkeit
Die Handhabung der Meßmaschine und der Spannmittel muß vom Werkstattpersonal ohne Schwierigkeiten durchgeführt werden können.
· Vernetzbarkeit
Um die Daten jederzeit Abzurufen bzw. Flexible Fertigungssytem zu verketten.
· Univeralität und Flexibilität
Meßmaschinen sollten wegen der hohen Investion in der Lage sein, ein breites Spectrum unterschiedlicher Werkstücke ohne großen Aufwand zu messen
· Intregationsfähig
Meßmaschinen sollten in den Materialfluss eingegliedert werden, um Neben und Wartezeiten auf ein minimum zu reduzieren, um möglichst viele Teile in kurzer Zeit zu messen.
· Geringe Meßunsicherheit
Durch die höhere Genauigkeit der Meßwerte können die Toleranzen besser ausgenutzt werden

1.3 Grundbauarten von Koordinatenmeßgeräten
Die unterschiedlichen Anforderungen führen zu verschiedenen Bauarten von Koordinatenmessgeräten. Diese lassen sich in vier Grundbauarten zusammenfassen.

Portalmeßgeräte

· für kleine bis mittelgroße Teile geeignet, z.B. Getriebe oder Kettenräder
· Tiefenmessungen mit senkrecht stehendem Taster möglich
· sehr genaue Meßergebnisse aufgrund stabiler Bauweise
· beeinträchtigte Zugänglichkeit durch das Portal

Ständermeßgeräte

· kleine Messbereiche
· gute Zugänglichkeit
· geringe Messunsicherheit
· Tiefenmessungen möglich

Brückenmeßgeräte

· sehr große Messbereiche, z.B Karosserien
· mittlere Messunsicherheit
· eingeschränkte Zugänglichkeit
· Maßkontrolle durch zwei parallel
laufende, gleichzeitig messende Ausleger

Auslegermeßgeräte

· große Meßbereiche
· gute Zugänglichkeit
· größere Messunsicherheiten
· durch geringe bewegte Massen sind hohe
Verfahrgeschwindigkeiten möglich

1.4 Tastsysteme
Mit dem Tastsystem des Koordinatenmessgerätes werden zwischen den Antastpunkten der Werkstückoberfläche und des Gerätekoordinatensystems ein Bezug hergestellt. Durch die hohe Genauigkeit des Aufbaus des Tastsystems erreicht man bei jeder Antastung gleichbleibende Bedingungen und damit eine geringe Messunsicherheit. In der Koordinatentechnik kommen meist schaltende oder messende Tastsysteme elektromechanischer oder optoelektronischer Bauart zum Einsatz. Im Gegensatz zu elektromechanischen arbeiten optoelektronische Tastsystem berührungslos und verschleißfrei. Der Vorteil ist, das mit diesen Systemen auch weiche und empfindlich Werkstücke vermessen werden können. Optoelektronische Tastsysteme werten Lichtrefflektionen von vorher auf die Oberfläche projizierten Lichts aus.

Messendes Tastsystem
Beim messenden Tastsystem kann eine Werkstückkontur mit stetiger Messwertübernahme in vorgegebener Schrittweite abgefahren werden(Bild 1). Diese Verfahren nennt man das Scanning-Meßverfahren. Als optoelektronisches System werden in diesen Fall Triangulations-Tastsysteme verwendet (Bild 3)

Schaltendes Tastsystem
Beim schaltendem Tastsystem werden keine Konturen abgefahren, sondern vorher bestimmte Messpunkte nacheinander angetastet. Nach der Messwertübernahme muß das Tastsystem entgegen der Antastrichtung vom Werkstück zurückbewegt werden(Bild 1). Als berührungs-loses Verfahren werden optoelektronische Reflextaster verwendet(Bild 2).

Bild 1

Optoelektronischer Reflextaster

Optoelektronisches Triangulatuionstastsystem

1.5 Vorteile gegenüber konventionellem Messen
· Das aufwendige Ausrichten der Werkstücke auf dem Meßtisch wird wesentlich vereinfacht
· Minimierung der Zeiten bis zum Vorliegen der Meßergebnisse
· Optimale Auswertmöglichkeiten
· CNC - Prüfprogramme ermöglichen beliebig häufige Wiederholbarkeit eines Meßvorgangs (Serienmessungen)
· Möglichst kurze Reaktionszeiten für korrigierende Eingriffe
· In einer Aufspannung können sowohl Maß als auch Form- oder Lage-
toleranzen erfaßt werden
· Verlagern der Qualitätsverantwortung in die Fertigung
· kürzeste Wege zwischen Bearbeitung und Qualitätsprüfung

1.6 Nachteile gegenüber konventionellem Messen

· Hohe Anschaffungskosten
· Nur für große Losgrößen geeignet
· Hoher Schulungsbedarf der Mitarbeiter
· Klimatisierte und schwingungsfreie Räumlichkeiten
· Wartungsaufwand und Kalibrierdienst durch Fremdfirma

1.7 Literaturnachweis

Prof.Dr.-Ing. Ditmar Schmid, 1991 : CIM Automatisierung der Fertigung, Europa Lehrmittel,Haan

Hans B. Kief, 1998, FFS-Handbuch 4. Auflage, Carl Hanser Verlag, München-Wien