Meettechniek

Zo nauwkeurig als nodig is…

is de eis die onze klanten aan ons productieproces stellen. Een eis die in de meetkamer moet worden gecontroleerd en geverifieerd door het meten van lengtes, hoeken, vorm en oppervlakken, dus door het meten van de geometrie van de gietstukken. Vooral in het kader van de eerste bemonstering, waarbij voor het eerst in het productontwikkelingsproces de wensen van de klant, de ontwerpideeën en het productieresultaat worden samengebracht, wordt informatie over de kwaliteit van onze producten en processen geleverd in de vorm van meet- en testgegevens, die de basis vormen voor ons dagelijkse kwaliteitswerk.

Sinds de eeuwwisseling en de inmiddels bijna volledige overstap naar 3D-gegevenssets is er een aanzienlijke verandering waarneembaar in de gebruikte technologie, maar ook in de specificatiegegevens en de beoordeling van de resultaten. Oudere constructies zijn al meer dan 200 jaar gebaseerd op tekeningen waarin de belangrijkste gegevens, zoals de totale lengte, de wanddikte op afzonderlijke plaatsen, de diameter van een opening en de middenpositie van de opening ten opzichte van een referentierand, worden aangegeven.

De meetwaarden werden rechtstreeks bepaald met behulp van een schuifmaat, een radiusmeter, een aftekenlat en een meetlat, in tabellen ingevoerd en vervolgens maat voor maat vergeleken met de toegestane toleranties van de norm. Deze vrij omslachtige techniek leidt – ook tegen de achtergrond van kostenbeperking – tot een beperking van de te controleren afmetingen tot het essentiële. Veel gebieden blijven ongemeten om overbodige meetinspanningen te vermijden. De vermelding “alle ongemeten radii > 5 mm”, die tegemoetkomt aan de eisen en mogelijkheden van het productieproces van ijzerzandgietwerk, of de vermelding van minimale wanddiktes en minimale dwarsdoorsneden voor flensdiktes zonder expliciete bovengrens, vergemakkelijken de langdurige samenwerking tussen gieterij en klant.

3D-meettechniek

Dat is veranderd met de “mooie, perfecte 3D-CAD-wereld”. Het systeem vereist de dimensionering van elk klein detail, ongeacht of dit functioneel relevant is voor het onderdeel of niet. Als gevolg hiervan zijn maatcontroles vereist, die vooral de inspanning en de kosten verhogen, zowel voor de gieter als voor de fabrikant en de eindklant. Dat betekent dat een redelijke, beperkte dimensionering, eventueel aangevuld met 2D-weergaven die de 3D-gegevensset aanvullen, een nieuwe uitdaging vormde voor de constructeur. De gematigde beoordeling van kleurrijke 3D-weergaven van gemeten waarden brengt een nieuwe, tot nu toe onbekende dimensie in het spel.

De huidige stand van de techniek is de coördinatenmeettechniek (tactiel of (laser-)optisch). Zonder deze techniek zou het moeilijk zijn om de naleving van de steeds kleiner wordende componenttoleranties te controleren. De mogelijkheid om een testproces volledig te automatiseren met een hoge herhaalnauwkeurigheid, van het registreren van de meetwaarden en de daaropvolgende evaluatie tot het doorsturen van de testgegevens naar een hoger CAQ-systeem, zijn verdere voordelen.

Het meetprincipe

Het meetprincipe verschilt fundamenteel van de conventionele directe meetmethoden, zoals bijvoorbeeld een schuifmaat of een hoogtemeter. De vorm van een werkstuk wordt beschreven door geometrische vervangende elementen (bijv. cirkel, rechte lijn), die worden aangepast aan vooraf bepaalde driedimensionale meetpunten van het oppervlak van het onderdeel. Om bijvoorbeeld de testkenmerk “buitendiameter” van een rond werkstuk te bepalen, registreert de machine een aantal objectpunten die gelijkmatig over de omtrek van het onderdeel zijn verdeeld. Op basis van deze meetwaarden berekent evaluatiesoftware vervolgens het vervangende vormelement “cirkel”. Het uitgegeven meetresultaat komt dan overeen met de diameter van deze cirkel.

3D-oppervlaktecoördinaten

Digitalisering is de eerste en tegelijkertijd belangrijkste stap bij het testen van onderdelen met behulp van optische 3D-meettechnologie. In deze context wordt onder digitalisering een procedure verstaan voor het beschrijven van meetobjecten door middel van 3D-oppervlaktecoördinaten in de ruimte. Om ook complexe vormen voldoende nauwkeurig te kunnen registreren, is het noodzakelijk om zoveel mogelijk objectpunten met een kleine onderlinge afstand te registreren. De driedimensionale beschrijving van een oppervlak door middel van vele, in individuele gevallen tot meerdere miljoenen punten, wordt daarom ook wel puntenwolk genoemd. Hoe dichter de punten bij elkaar liggen, hoe gedetailleerder een lichaamsoppervlak kan worden weergegeven.

Optische 3D-meetinstallatie

Het basisconcept van de klassieke coördinatenmeettechniek verschilt slechts in geringe mate van een optisch 3D-meetsysteem. Beide methoden baseren zich voor het berekenen van afmetingen en het bepalen van vormen op objectpunten die in een driedimensionaal coördinatensysteem zijn gedefinieerd. Er zijn echter duidelijke verschillen in de manier waarop objectpunten worden geregistreerd, het aantal objectpunten en de mogelijkheden voor het evalueren en weergeven van de meetresultaten.

3D-gegevensset

Uiteindelijk vormt de computer uit de gemeten puntenwolk een 3D-gegevensset, die wordt vergeleken met de basisgegevensset uit de constructie. Afwijkingen worden met kleuren gemarkeerd. Het bovengenoemde onderscheid tussen “belangrijk” en “onbelangrijk” ( ), dat elke gebruiker van een schuifmaat kent, wordt vaak niet gemaakt en leidt mogelijk tot volledig onnodige wijzigingen, vertragingen en uitgestelde productiestarts. Deze beoordeling, die van branche tot branche, tussen turbinebehuizingen van Ni-Resist en kapscharnieren van EN-GJS-400-15, ja zelfs bij identieke componenten van verschillende materialen, verschillend kan uitvallen, is als extra taak voor de kwaliteitsborging bijgekomen.