Messtechnik

So genau wie nötig…

ist die Vorgabe unserer Kunden an unseren Fertigungsprozeß. Eine Vorgabe, die im Meßraum durch die Messung von Längen, Winkeln, Gestalt und Oberflächen, also durch Messung der Geometrie der Gussstücke geprüft und verifiziert werden muß. Vor allem im Rahmen der Erstbemusterung, die erstmalig im Produktentstehungsprozess Kundenwünsche, Konstruktionsvorstellungen und Fertigungsergebnis zusammenbringt, werden Information über die Qualität unserer Produkte und Prozesse in Form von Mess– und Prüfdaten geliefert, die die Grundlage für unsere tägliche Qualitätsarbeit bilden.

Dabei ist über die Jahrtausendwende und die mittlerweile fast durchgängige Umstellung auf 3D-Datensätze ein erheblicher Umbruch in die genutzte Technik, aber auch in Vorgabedaten und Ergebnisbewertung festzustellen. Ältere Konstruktionen beruhen seit mehr als 200 Jahren auf Zeichnungen, in denen die wichtigsten Daten wie bspw. Gesamtlänge, Wanddicke an einzelnen Stellen, Durchmesser einer Öffnung und Mittenlage der Öffnung zu einer Bezugskante angegeben sind.

Die Meßwerte wurden direkt mittels Meßschieber, Radienlehre, Anreißen und Meßlineal ermittelt, in Tabellen eingetragen und dann Maß für Maß mit den zulässigen Toleranzen der Norm verglichen. Diese eher aufwendige Technik führt – auch vor dem Hintergrund einer Kostenbegrenzung – zu einer Begrenzung der zu überprüfenden Bemaßungen auf das Wesentliche. Viele Bereiche bleiben unbemaßt, um überflüssigen Meßaufwand zu vermeiden. Die Angabe “alle unbemaßten Radien > 5mm”, die den Anforderungen und Möglichkeiten des Fertigungsverfahrens Eisensandguss entgegen kommt oder die Angabe von Mindestwandstärken und Mindestquerschnitten für Flanschdicken ohne explizite Begrenzung nach oben erleichtern die langfristige Zusammenarbeit zwischen Giesserei und Kunde.

3D Messtechnik

Das hat sich mit der ”schönen heilen 3D-CAD-Welt” geändert. Das System fordert die Bemaßung jedeweder Kleinigkeit – gleichgültig, ob funktionsrelevant für das Bauteil oder nicht. In Folge werden Maßprüfungen gefordert, die vor allem den Aufwand und die Kosten erhöhen – sowohl für den Giesser als auch für den Hersteller und den Endkunden. D.h. eine vernünftige, begrenzte Bemaßung ggf. mit zusätzlichen den 3D-Datensatz ergänzenden 2D-Darstellungen stellten für den Konstrukteur eine neue Herausforderung dar. Die maßvolle Bewertung buntester 3D-Darstellungen gemessener Werte bringen eine neue, bisher nicht gekannte Dimension ins Spiel.

Stand der Technik ist heute die Koordinatenmeßtechnik (taktil oder (laser-)optisch). Ohne sie könnte die Einhaltung der tendenziell immer kleiner werdenden Bauteiltoleranzen nur schwer überprüft werden. Die Möglichkeit, mit hoher Wiederholgenauigkeit einen Prüfprozess von der Messwertaufnahme, der anschließenden Auswertung bis hin zur Übermittlung der Prüfdaten an ein übergeordnetes CAQ-System vollständig automatisieren zu können, sind weitere Vorteile.

Das Messprinzip

Das Messprinzip unterscheidet sich grundlegend von den herkömmlichen direkten Messverfahren wie beispielsweise einem Messschieber oder einem Höhenreißer. Die Beschreibung der Gestalt eines Werkstückes erfolgt durch geometrische Ersatzelemente (z. B. Kreis, Gerade), die in zuvor ermittelte dreidimensionale Messpunkte der Bauteiloberfläche eingepasst werden. Beispielsweise nimmt die Maschine zur Ermittlung des Prüfmerkmals „Außendurchmesser“ eines runden Werkstückes am Umfang des Bauteils gleichmäßig verteilt eine Anzahl an Objektpunkten auf. Aus diesen Messwerten berechnet eine Auswertesoftware anschließend das Ersatzformelement „Kreis“. Das ausgegebene Messergebnis entspricht dann dem Durchmesser dieses Kreises.

3D Oberflächenkoordinaten

Die Digitalisierung stellt bei der Bauteilprüfung mittels optischer 3D-Messtechnik den ersten und zugleich wichtigsten Schritt dar. Unter dem Begriff Digitalisierung versteht man in diesem Zusammenhang ein Verfahren zur Beschreibung von Messobjekten durch 3D-Oberflächenkoordinaten im Raum. Um auch komplexe Formen hinreichend genau erfassen zu können, ist die Aufnahme möglichst vieler Objektpunkte mit geringem Abstand zueinander erforderlich. Die dreidimensionale Beschreibung einer Fläche durch viele, im Einzelfall bis zu mehreren Millionen Punkten, nennt man daher auch Punktewolke. Je dichter der Punktabstand ist, umso detailgetreuer lässt sich eine Körperoberfläche damit abbilden.

Optische 3D-Messanlage

Von der Grundidee her unterscheidet sich die klassische Koordinatenmesstechnik nur unwesentlich von einer optischen 3D-Messanlage. Beide Verfahren stützen sich zur Maßberechnung und Formbestimmung auf Objektpunkte, die in einem dreidimensionalen Koordinatensystem definiert sind. Deutlich verschieden sind jedoch die Art der Objektpunktaufnahme, die Objektpunktanzahl sowie die Auswertungs- und Darstellungsmöglichkeiten der Messergebnisse.

3D Datensatz

Am Ende bildet der Rechner aus der gemessenen Punktwolke einen 3D-Datensatz, der mit dem Basisdatensatz aus der Konstruktion verglichen wird. Abweichungen werden farblich gekennzeichnet. Die o.a. Unterscheidung in „wichtig“ und „unwichtig“, die jedem Nutzer eines Meßschiebers geläufig ist, unterbleibt häufig und führt ggf. zu völlig unnötigem Änderungsaufwand, Zeitverzügen und verspäteten Produktionsanläufen. Diese Bewertung, die von Branche zu Branche, zwischen Turbinengehäuse aus Ni-Resist und Verdeckscharnier aus EN-GJS-400-15, ja selbst bei baugleichen Komponenten aus unterschiedlichen Werkstoffen verschieden ausfallen kann, ist als zusätzliche Aufgabe für die Qualitätssicherung dazu gekommen.