Perfekte Form in einer Aufspannung

Freiformen direkt auf der Messmaschine vermessen

Fertigen in einer Aufspannung, genau und wirtschaftlich, ist der Wunsch eines jeden Formenbauers. Auf der
Messmaschine zeigen sich dann aber oft kleine Abweichungen, die aufwändige Nacharbeiten erfordern. Mit der neuen Messsoftware ¿3D form inspect¿ von m&h Inprocess Messtechnik aus Waldburg können jetzt Freiformen
direkt auf der Maschine mit dem Messtaster gemessen werden. Eventuelle Nacharbeit kann sofort und in gleicher Aufspannung erfolgen.

Die Form-Kontroll-Software wurde anhand von Kundenanforderungen entwickelt und ist gezielt für den kleinen und mittelständischen Formenbauer gedacht, der eventuell auch keine eigene Messmaschine hat. Dementsprechend war es wichtig, dass ein Maschinenbediener ohne messtechnisches Fachwissen damit umgehen kann.
 Einfache Bedienbarkeit und überschaubarer Investitionsaufwand waren also die Maximen der Entwicklung bei m&h, einem aufstrebenden Unternehmen, dass sich allein auf das Messen in der Werkzeugmaschine spezialisiert hat. Daher handelt es sich bei diesem Produkt um ein Softwarepaket, das auf einem handelsüblichen PC mit Windows 2000-, NT- oder XP-Betriebssystem betrieben werden kann.
Systemeigenschaften
Über eine serielle Schnittstelle kommuniziert dieser Rechner dann mit den Steuerungen der Fräsmaschine oder des Bearbeitungszentrums. Derzeit können alle Heidenhain-Steuerungen ab TNC 426M, Siemens 810 D und 840 D sowie alle Fanuc-Steuerungen angesprochen werden. Weitere Steuerungen sind in Vorbereitung.
 Eingelesen wird die Flächenform via Standardschnittstelle aus einem CAD-System. Die 3D form inspect kann die Daten aus IGES-, DXF-, VDA- oder STL-Schnittstellen verarbeiten. Die Prozessoren für diese Schnittstellen sind sämtlich im Standardpaket der Software enthalten. Gegen Aufpreis kann auch ein Prozessor für die Catia V4-Schnittstelle geliefert werden.
 Verarbeitet werden Flächendaten, mit denen die 3D form inspect jeden beliebigen Punkt der Werkstück-Oberfläche als Sollwert berechnen kann. Frei definierbare Toleranzfelder für jeden der ebenfalls frei definierbaren Messpunkte können farblich dargestellt werden und erleichtern so die Auswertung. Die Mess-punkte werden entweder durch Eingabe der Koordinaten, z. B. aus der Zeichnung, oder durch Antippen mit der Computermaus festgelegt. Die Software errechnet neben den Sollwerten der Punkte auch den Antastvektor, der sich auf die Ausrichtung der Fläche an der jeweiligen Stelle bezieht. So sind sichere Mess-ergebnisse garantiert. Die Vektoren werden am Bildschirm dargestellt. Ein Messpunkt kann jederzeit durch Überschreiben der Koordinaten oder Verschieben mit der Maus verändert werden.
 Diese Werte werden in einer Datei hinterlegt, die je nach Steuerung entweder als Punktetabelle an die Maschine übertragen wird oder aus der 3D form inspect automatisch ein entsprechendes Messprogramm berechnet, das an die Maschine übertragen wird. Dort kann das Programm aufgerufen werden und die Maschine ermittelt automatisch
Messpunkt für Messpunkt. Um die aktuellen Maschineneinflüsse auszuschalten, wird mittels vorgeschaltetem, speziellem Programm zunächst der Messtaster an einem Kalibrierkörper kalibriert. Der Kalibrierkörper selbst sollte so nah wie möglich an dem zu messenden Werkstück im Arbeitsraum positioniert werden. So können der Wärmegang der Maschine, eventuell ungenaue Achspositionen oder Schnittstellenungenauigkeiten in der Maschinenspindel ausgeschaltet werden. Das Messergebnis gibt das tatsächliche Werkstück wieder.

Sicherheit ist Trumpf
Das µ-genaue Messen auf der Maschine kann von vielen Parametern beeinflusst werden. Wie m&h festgestellt hat, können selbst moderne Maschinenleuchten die Infrarotübertragung der Messtaster stören. Moderne Leuchten werden mit eigener Elektronik mit hoher Frequenz permanent ein- und ausgeschaltet und das Gas der Lampe so zum Leuchten angeregt. Dabei durchlaufen die Leuchten jedesmal nahezu das gesamte Lichtspektrum und können die Messtaster beeinflussen. Deshalb stellte m&h auf der METAV auch die neue Tastergeneration mit HDR high-data-rate vor, die mit noch höheren Frequenzen, hoher Redundanz und Fehlertoleranz arbeitet. Schließlich ist die Sicherheit der Tasterfunktion erste Voraussetzung für exakte Messergebnisse.
 Aber auch die Einflüsse der Maschine selbst und deren mechanischer Elemente dürfen nicht außer Acht gelassen werden. Neben der Ø
×  Empfehlung, eine Kalibrierung möglichst nah am Werkstück vorzunehmen, kann auch die Maschinencharakteristik und -genauigkeit überprüft werden. Dazu hat m&h einen eigenen Prüfkörper entwickelt, den man auf der Maschine vermessen kann und dann mit den bekannten Daten von der Messmaschine abgleicht. So kann man die grundsätzliche Messgenauigkeit der Maschine bestimmen.

Analyse und Korrektur
Über die serielle Schnittstelle werden die gemessenen Werte zurück übertragen und können entweder als Messreport ausgelesen werden oder am Bildschirm sichtbar gemacht werden. Im Messreport ist immer auch eine grafische Darstellung der Fläche mit allen Mess-punkten enthalten. Sowohl im Messreport als auch in der Darstellung des Flächenmodells kann der Bediener nach eigenem Gutdünken Farben, Darstellungswinkel und Zoom wählen und verändern.
 Dies ist nicht nur Ausdruck der schon im Entwicklungsstadium geforderten Bedienerfreundlichkeit. Vielmehr beschleunigt dies die Analyse und vermittelt auch Sicherheit für den Anwender. Mit den farblichen Markierungen sieht der Bediener sofort, wie sein Werkstück in der Toleranz liegt. Etwaige Abweichungen von den Sollwerten können unmittelbar erkannt und in derselben Spannung nachbearbeitet werden. Das ermöglicht bislang nur aufwändig zu erreichende Genauigkeiten.
 Wenn ein Punkt außerhalb der Toleranz liegt, können durch einfaches Antippen mit der Maus weitere, umliegende Punkte gesetzt und unmittelbar nachgemessen werden. Aus der Analyse dieser umliegenden Punkte kann der Bediener dann ersehen, welche Fehler die Fläche in diesem Teil aufweist. Kennt man Werkzeug und Frässtrategie in diesem Sektor, so lässt sich meist unmittelbar ableiten, was zum Fehler geführt hat. Dies kann beispielsweise der Verschleiß des Werkzeuges oder aber ein Abdrängen des Werkzeuges während der Bearbeitung gewesen sein. Mit diesem Wissen kann der Bediener unmittelbar auch die richtige Strategie für die Nachbearbeitung festlegen. So werden in vielen Fällen Stunden aufwändiger Nachbearbeitung eingespart.

Protokollierte Genauigkeit
Zunehmend verlangt der Abnehmer ein Messprotokoll zum Beweis der Formgenauigkeit. Nun kann die Form unmittelbar auf der Maschine gemessen und deren Präzision in Form eines Messprotokolls dokumentiert werden. Dies erspart oft den Weg zu einem weiteren Betrieb, der über eine Messmaschine verfügt. Zeitgewinn ist schließlich einer der wichtigsten Punkte für die Wirtschaftlichkeit, aber auch für die Reagibilität eines modernen Betriebes. Nicht zuletzt wird der Kunde die verkürzten Durchlaufzeiten zu schätzen wissen.
 Durch die permanente Fortentwicklung der Werkzeugmaschinen und deren Komponenten sind heute bei den meisten Maschinen die technischen Voraussetzungen gegeben, um auf diesen Maschinen auch messen zu können. Die stetig steigenden Forderungen nach mehr Genauigkeit und dem Nachweis der Qualität zwingen zu entsprechender Reaktion seitens der Betriebe. Die Fertigbearbeitung in einer Aufspannung wird zukünftig oft unumgänglich. Der Qualitätsgewinn und der Zeitgewinn durch ein solches integriertes Messsystem sind langfristig unbezahlbar.
 Neue Fertigungsmöglichkeiten tun sich auf. Der Weg von der Ermittlung der Messwerte bis zur Empfehlung einer entsprechenden Korrekturstrategie erscheint nicht mehr weit. Dazwischen steht aber noch die detaillierte Fachkenntnis des Bedieners über seinen Werkstoff, seine Werkzeuge und die Bearbeitungsstrategie für die jeweiligen Flächen. Das muss derzeit noch individuell betrachtet werden, bevor eine Entscheidung für die Nachbearbeitung gefällt wird. Tröstlich zu wissen, dass auch bei modernster Technik das Fachwissen des Werkzeugbauers weiterhin gefragt sein wird.
 Auf der diesjährigen METAV waren etwa zehn Systeme von m&h auf Maschinen verschiedener Hersteller in Aktion zu sehen.
www.mh-inprocess.com