Messtechnik

Prüfberichte – Vermessung von Bauteilen

Eine der Kernaufgaben der Messtechnik ist die geometrische Vermessung von Bauteilen.

Dazu wird zunächst die Oberfläche der rohen Scan- / Volumendaten bestimmt und in das STL – Format überführt. Mithilfe von Regelgeometrien können nun am digitalen Abbild des Bauteils Vermessungen inklusive Form – und Lagetoleranzen durchgeführt werden. Die Vermessung läuft dabei ähnlich wie bei gängigen Koordinatenmessmaschinen ab. Der Unterschied liegt darin, dass die Antastung des Bauteils virtuell erfolgt und somit Verfahrenswege der Maschine ausbleiben, woraus eine deutlich verkürzte Messzeit resultiert. Dies hat zur Folge, dass auch Antastkräfte ausbleiben, wodurch sogar flexible Materialien sicher vermessen werden können. Mit Hilfe der CT gibt es zudem auch keine Einschränkungen hinsichtlich der Komplexität der Bauteile (Hinterschnitte, innenliegende Geometrien). Merkmale können mit einer Vielzahl an Punkten erfasst werden und lassen so auch detaillierte Erkenntnisse über Formabweichungen zu. Nach Auswertung aller Ergebnisse wird ein individueller Prüfbericht erstellt.

Ihre Vorteile auf einen Blick:

– Vollständige und präzise Vermessung inkl. Form- und Lagetoleranzen

– Vermessung von hinterschnittigen und innenleigenden Geometrien möglich

– Schneller und kostengünstiger als konventionelle Verfahren durch ausbleibende Verfahrenswege und Einspannvorgänge des Bauteils

– Digitale Kopie ermöglicht nachträgliche Vermessungen auch zu einem späteren Zeitpunkt

Die Prozessfähigkeitsanalyse dient dem Zweck der Beurteilung eines Prozesses hinsichtlich seiner Beherrschbarkeit bzw. dass dieser definierten Vorgaben entspricht. Dazu werden kritische Maße und deren Toleranzen festgelegt und anhand einer Stichprobe gemessen. Das Ergebnis sind die Fähigkeitsindizes (Cmk, Ppk, Cpk) aus der Streuung der Messwerte.

Mithilfe unserer Messmethoden lassen sich große Stückzahlen schnell digitalisieren und vermessen. Durch eine einmalige Programmierung des Messablaufs an einem Bauteil können beliebig viele weitere Bauteile mit beliebig vielen Merkmalen gleichzeitig ohne größeren Aufwand vermessen werden.

Daraus ermitteln wir Ihnen die Fähigkeitskennwerte und stellen Ihnen zusätzliche statistische Daten wie Trenddiagramme, Histogramme und Regelkarten zur Verfügung. Die Daten können zudem für übergeordnete Qualitätssysteme im Q-Das Format exportiert werden.

Eine der Hauptanwendungen, bei welcher man einen Bauteilscan zur Hilfe zieht, ist der Soll-Ist-Vergleich. Hierbei werden die Soll – Daten (CAD) mit denen des Scans abgeglichen. Selbst innenliegende oder schwer zugängliche Geometrien können zerstörungsfrei und hochpräzise vermessen werden. Ein Falschfarbenvergleich zeigt einem auf den ersten Blick Formabweichungen wie Verzug oder Einfallstellen. Die Qualität des Bauteils kann so ohne großen messtechnischen Aufwand schnell und kostengünstig bewertet werden.

Nach dem gleichen Prinzip ist es auch möglich einen Ist–Ist–Vergleich zu erstellen. Dieser dient der Requalifizierung der Bauteilqualität nach Veränderungen der Prozessparameter, Maschinenwechsel, oder längerem Aussetzen der Produktion. Weitere Einsatzbereiche des Ist–Ist–Vergleiches sind die Bewertung von Bauteil- oder Werkzeugverschleiß sowie die Kontrolle von Korrekturschleifen im Werkzeug.

Vorteile auf einen Blick:

– einfache, schnelle und kostengünstige Methode zur Bewertung der Bauteilqualität

– übersichtliche Darstellung durch farbliche Codierung

– lückenlose Erfassung des Bauteils möglich

Kunststoffteile werden aufgrund von steigenden Ansprüchen im Hinblick auf Gewichtsoptimierung und Materialeinsparung immer dünnwandiger konstruiert. Die Wandstärkenanalyse bekommt dadurch eine immer höhere Bedeutung zugesprochen. Mithilfe der Computertomographie lässt sich eine einfache Farbdarstellung des Prüflings hinsichtlich der Wandstärke erstellen und sofort überprüfen, ob die gewünschten Materialstärken eingehalten werden.

Ihre Vorteile auf einen Blick:

– Einfache, schnelle und kostengünstige Methode zur Bewertung der Wandstärken

– Übersichtliche Darstellung durch farbliche Codierung

– Lückenlose Erfassung des Bauteils

Die Computertomographie erlaubt zerstörungsfrei einen Blick ins Innere Ihrer Bauteile. Das aus dem CT erstellte 3D – Volumenmodell enthält je nach Materialdichte unterschiedliche Grauwerte. Bereiche mit hoher Dichte/ Absorption der Röntgenstrahlung werden heller dargestellt, wodurch eine Abgrenzung zu anderen Materialien (z.B. Luft) sichtbar wird.

Im Rahmen der Defektanalyse ist mit Hilfe der Computertomographie das Aufspüren von Fehlern im Bauteil möglich. Es lassen sich ungewollte Einschlüsse, Lunker oder Poren und Bauteilfehler (z.B. Risse) ohne ein Aufsägen der Bauteile sichtbar machen. Ergänzend dazu kann eine Beurteilung des Materials stattfinden. Dies beinhaltet beispielsweise die Betrachtung der Faserorientierung und -verteilung, Dichteschwankungen oder die Detektion von Fremdmaterialien.

Die Inspektion ist nicht nur an einzelnen Bauteilen möglich, sondern auch an ganzen Baugruppen. So lassen sich Aussagen über die korrekte Montage von außen nicht sichtbaren Teilen machen, die Haftung von angespritzten Weichkomponenten an der Hartkomponente überprüfen oder Schweißverbindungen hinsichtlich ihrer Qualität prüfen.

Dazu stehen umfangreiche Auswertungsmöglichkeiten zur Verfügung von der farblichen Darstellung in der 3D – Ansicht bis hin zu beliebig vielen 2D – Schnittansichten (ähnlich den klassischen Schliffbildern).

Ihre Vorteile auf einen Blick:

– Zerstörungsfreier Blick ins Innere

– Frühzeitiges Erkennen von Fehlern im Bauteil oder der Baugruppe

Sowohl das Verfahren der Computertomographie als auch die Streifenlichtprojektion bieten die Möglichkeit Ihre Bauteile zu digitalisieren. Ergebnis beider Verfahren ist eine 3D – Punktewolke bestehend aus mehreren Millionen Punkten, welches sich dann mit geringem Aufwand ins praktische STL – Datenformat überführen lässt. Dabei werden die Punkte zu Dreiecken verknüpft und mit einer orientierten Fläche versehen.

Neben der Nutzung der Daten für die Vermessung und zerstörungsfreie Prüfung können diese als digitales Rückstellmuster dienen.

Besonderer Vorteil der CT ist darüber hinaus, dass die Daten ohne aufwendige Nachbearbeitung für die additive Fertigung verwendet werden können. Durch die vollständige Durchstrahlung im CT werden sämtliche Geometrien ohne Löcher oder Fehlstellen erfasst und stehen nach der Umwandlung ins STL – Format sofort für den 3D – Druck zur Verfügung (z.B. für die Beschaffung von Ersatzteilen).

Werden doch noch CAD – Daten vom Bauteil benötigt, dienen die STL – Daten als Grundlage für das Reverse Engineering. Das Verfahren, auch Flächenrückführung genannt, ist die Umkehrung des Entwicklungsprozesses von einem bestehenden Bauteil zurück zu den Konstruktionsdaten. Mit Hilfe der realen Daten aus der Digitalisierung wird das Bauteil hoch präzise nachkonstruiert und steht im Anschluss für die Weiterverarbeitung (Zeichnungsableitung, Geometrieänderungen, CAM, etc.) bereit.

Computertomographie

Bei der Computertomographie geht es im Wesentlichen darum, räumlich ausgedehnte Körper einschließlich ihrer innen liegenden Strukturen mithilfe von Röntgenstrahlung messtechnisch zu erfassen. Erreicht wird eine räumliche Vermessung mithilfe von vielen 2D „Bildern“, auch Absorptionsprofile genannt, welche zu einem dreidimensionalen Abbild des Körpers zusammengefügt werden. Absorptionsprofile entstehen bei Bestrahlung des Prüfkörpers durch Röntgenstrahlung. Die benötigte Röntgenstrahlung entsteht in einer Röntgenröhre, in welcher im Vakuum Elektronen von einer Glühwendel aus beschleunigt werden und anschließend auf eine Kathode treffen und dort stark abgebremst werden. Dabei entsteht unter anderem Röntgenstrahlung.

Die Röntgenstrahlung wird in Form eines Kegelstahls auf das Objekt gelenkt und trifft dahinter auf einen Röntgentomographiesensor. Für einen hochauflösenden CT Scan werden einige hundert bis wenige tausend solcher Aufnahmen aus verschiedenen Perspektiven benötigt. Dazu befindet sich das Objekt auf einem Drehteller. Je nach Beschaffenheit des Materials treten unterschiedlich starke Absorptionen auf. Mithilfe von mathematischen Verfahren lassen sich die einzelnen Bilder übereinanderlegen und in speziellen Programmen aus den Voxeldaten zu einem Volumen rekonstruieren.

Voxel sind Volumenbildpunkte, welche Informationen der lokalen Strahlungsabsorptionen in einem Raster im Raum beinhalten. Dunkle Voxel repräsentieren Bereiche mit niedriger Absorption z.B. Luft, helle Voxel zeigen Bereiche mit hoher Absorption an.

Ihre Vorteile der CT:

– Schnelle und hochpräzise Digitalisierung von mehreren Teilen gleichzeitig möglich

– Vollständige Erfassung auch von hinterschnittigen Bereichen und Bohrungen

– Gewinn von Informationen aus dem Inneren der Bauteile

Streifenlichtprojektion

Mit Hilfe der optischen Vermessung mittels Streifenlichtprojektion lassen sich die Oberflächen eines Bauteils erfassen und zu einem 3D – Modell zusammensetzen.

Das Gerät besteht aus zwei Kameras und einem Projektor, welcher ein streifenförmiges Muster auf das zu erfassende Bauteil wirft. Das Muster wird in mehreren Projektionen aus verschiedenen Winkeln auf das Bauteil abgebildet, bis dieses rundum erfasst ist. Durch die Verzerrungen des Musters durch die Kontur und der unterschiedlichen Größe der Streifen je nach Positionierung der Kamera im Raum, kann durch rechnergestützte Verfahren ein dreidimensionales Modell rekonstruiert werden. Dieses liegt dann wieder im praktischen STL – Format vor, welches für die weitere Verarbeitung dient.

Da der Scanner frei beweglich ist, lassen sich so auch sehr große Bauteile berührungslos und präzise digitalisieren.

Ihre Vorteile der SP:

– Präzise Digitalisierung von großen Bauteilen durch großen Scanbereich

– Digitalisierung ist mit nahezu allen Materialien möglich