Das Magazin f端r InfiniteFocus in der Produktion
D , S o n d e r a u s g a b e 2 0 11 / 2 0 1 2
AUTOMATISCHE SCHNEIDKANTENMESSUNG IN DER PRODUKTION
MOBILES MESSEN RAUS AUS DEM MESSRAUM, REIN IN DIE LINIE
IN DER PRODUKTION
inhalt JANUAR 2011 I JANUAR 2012
4–5
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Die InfiniteFocus Serie in der Produktion Was die optische Technologie der Fokus-Variation so industrietauglich macht.
6–7
Der IF-EdgeMaster Ein Fallbeispiel: Wie das Schneidkantenmessgerät bei SIMTEK Präzisionswerkzeuge eingesetzt wird. Und warum man sich dort für das Alicona-Gerät entschieden hat.
8–9
Schneidkanten im Visier Welche Oberflächengeometrien Schneidleistung und Standzeit beeinflussen. Und was die Rauheitsmessung bei der Werkzeugoptimierung bringt.
10 – 11
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Der IF-Portable Wie Heidelberger Druck mit der Fokus-Variation Näpfchen auf Druckwalzen misst. Und warum ein mobiles System gefordert wurde.
12 – 13
Der IF-Sensor Raus aus dem Messraum, rein in die Linie: Wie hochauflösende Messung in der Produktion funktionieren kann.
14 – 15
Der IF-Robot Was rauskommt, wenn sich der robuste 3D IF-Sensor und ein beweglicher 6-Achs Roboter zusammentun.
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Dr. Stefan Scherer, Alicona Geschäftsführer
editorial
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Dr. Manfred Prantl, Alicona Geschäftsführer
Die Anforderungen im täglichen Wettbewerb in einer globalen Produktion sind hart. Es gilt, internationale Standards zu erfüllen und in der Produktion robuste, effiziente und nachhaltige Qualitätssicherung zu integrieren. Mit FOCUSvariation production, einer limitierten Sonderausgabe des InfiniteFocus-Magazins FOCUSvariation, präsentieren wir Ihnen verschiedene Möglichkeiten, diese Art der Qualitätssicherung umzusetzen. Hier ist unser Anspruch so eindeutig wie herausfordernd: Messtechnik, die in der Vorentwicklung oder Qualitätssicherung im Labor eingesetzt wird, muss auch einfach in einen Fertigungsprozess integrierbar sein. Man könnte auch sagen „Raus aus dem Messraum, rein in die Linie“, was eine hohe Produktionstauglichkeit voraussetzt. Die Fokus-Variation schafft diesen Transfer vom Labor in die Produktion. Für die Qualitätssicherung heißt das, mit nur einer Technologie denselben Messprozess in beiden Umgebungen umzusetzen. Möglich wird dieser Transfer durch die stabilen Ergebnisse auch bei Bedingungen wie Vibrationen und Fremdlicht und unsere langjährige Erfahrung in der Automatisierung. Dieses Wissen aus der Praxis ist die Basis einer nachhaltigen und zukunftsorientierten Entwicklung, mit der wir die optische Messtechnik kontinuierlich professionalisieren. Wir wünschen Ihnen viel Spaß beim Kennenlernen einer neuen Seite der Qualitätssicherung!
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DIE InfiniteFocus- SERIE IN DER EINE FÜR ALLE: EINE TECHNOLOGIE, ALLE MÖGLICHKEITEN Basierend auf dem Verfahren der Fokus-Variation entwickelt, produziert und vertreibt Alicona Messgeräte, die auf die Bedürfnisse der Industrie abgestimmt sind. Das sind 3D Systeme, die unempfindlich gegenüber Vibrationen sind und deren Messgenauigkeit nicht durch Fremdlicht oder Temperaturschwankungen beeinflusst wird. Was die robuste Technologie der Fokus-Variation im Labor kann, das bringt sie auch in einer rauen Produktionsumgebung: hochauflösende Messungen von Rauheit plus Form, stabile Ergebnisse und eine große Wiederholgenauigkeit.
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AUTOMATISCHE SCHNEIDKANTENMESSUNG AUF KNOPFDRUCK
MOBILE MESSUNG VON GRÖSSEREN BAUTEILEN
IF-EdgeMaster
IF-Portable
EIN GUTER SCHNITT.
MESSEN, WO GERADE NÖTIG.
Der IF-EdgeMaster ist ein optisches 3D Messgerät zur Messung von Wendeschneidplatten. Was das System so produktionstauglich macht: Einfach in der Handhabung, extrem resistent gegenüber Vibrationen, schnell und genau auch bei rauen Produktionsbedingungen.
Der IF-Portable ist ein mobiles 3D Messgerät, das dort zum Einsatz kommt, wo es gerade gebraucht wird. Das System ist leicht, handlich und einfach zu transportieren. Messen ist bequem wie nie: System auf das Bauteil auflegen, starten, messen!
EINSCHNEIDEND » inklusive Rauheit von Wendeschneidplatten wird gemessen ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– » Signal erfolgt auf Knopfdruck ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– » Abgleich mit CAD-Datensatz ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– » Verschleißmessung ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– » auch bei starken Vibrationen und Fremdlicht ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– » der Wasserfall-Form und Trompeten-Form ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– » vom Grünling bis zur polierten Wendeschneidplatte ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– » Typenverwaltung mit mehreren Benutzerebenen ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– » für dokumentierbare Qualitätssicherung
BEWEGLICH » die Oberfläche von größeren Komponenten wird in Kombination mit der Form gemessen ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– » der IF-Portable ist für ebene und gekrümmte Teile gemacht ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– » zeitfressende und fehleranfällige Neujustierungen nach einem Objektivwechsel sind mit dem Objektivrevolver Geschichte ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– » höchste Auflösung unabhängig von Form, Typ und Größe eine Bauteils ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– » große Messbereiche werden schnell, wiederholgenau und rückführbar gemessen ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– » Näpfchenmessung auf Druckwalzen
alicona I Produktübersicht
PRODUKTION Eine Technologie, mehrere Varianten. Das ist Aliconas Antwort auf die Forderung nach hochauflösender, wiederholgenauer und rückführbarer Messung zur industriellen Qualitätssicherung in der Produktion. Mit der EN ISO zertifizierten Technologie der Fokus-Variation hat das Unternehmen ein robustes Verfahren etabliert, das international sowohl im Labor als auch in der Produktion eingesetzt wird. Dass auch unter Bedingungen wie Fremdlicht, Temperaturschwankungen und Vibrationen wiederholgenaue Messungen in höchster vertikaler Auflösung möglich sind, basiert auf der hohen Automatisierbarkeit der Sensorik auch über große Scanhöhen und große Messvolumina sowie der schnellen Auswertung der Messergebnisse. Letzteres wird durch high-end Ex- und Importfunktionen im Datentransport und standardisierten Schnittstellen, die eine leichte Integrierbarkeit in den Prozess ermöglichen, umgesetzt. Hohe Messgeschwindigkeiten, extreme Stabilität sowie die hohe Flexibilität in den modularen Hardwaresystemen machen die Produktionstauglichkeit der Messsysteme aus. Jedes einzelne Messsystem aus der InfiniteFocus-Serie bietet auch in der Produktion sämtliche Vorteile, die die FokusVariation im Labor bietet. Dazu zählen eine hohe vertikale Auflösung, die Messung von steilen Flanken, die hohe Messgeschwindigkeit, die Genauigkeit auch bei Oberflächen mit verschiedenen Material- und Reflexionseigenschaften sowie die inkludierte Farbinformation sämtlicher Messungen.
FORM UND RAUHEIT IN DER LINIE
PRÜFUNG PER MESSROBOTER
IF-Sensor
IF-Robot
RAUS AUS DEM MESSRAUM.
DER AKROBAT.
Der IF-Sensor ist ein selbständiges high-end Messsystem zur automatischen Oberflächenmessung in der Produktion. Hochauflösende Messungen werden nicht nur im Messlabor, sondern stabil und robust als fixer Bestandteil in der Linie umgesetzt.
Der IF-Robot ist ein robotergestütztes 3D Messsystem für die Produktion. Der Sensor ist der Kopf, der Roboter sorgt für die Beweglichkeit in alle Richtungen. Dieses intelligente Zusammenspiel macht so gut wie jedes Oberflächenmerkmal zugänglich und damit messbar.
BELASTBAR » stabile 3D Messung von komplexen Formen in der Fertigung ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– » dieselbe Messtechnik in Labor und Produktion ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– » schnelle Anpassung an unterschiedlichste Produktionsbedingungen und Prozesse mit nur einer Technologie
VERLÄSSLICH » höhere Standzeiten bei höherer Reproduzierbarkeit ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– » Flanken werden bis zu 86° gemessen ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– » höhere Prozesssicherheit durch Automatisierung
Produktübersicht I alicona
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„OHNE VIEL AUFWAND HAB´ ICH EIN SCHNELLES Ulrich Weber, Werkzeugkonstruktion SIMTEK Präzisionswerkzeuge
Praxistaugliche 3D Messung in der Produktion heißt vor allem: genau, schnell, einfach. Deshalb bietet der IF-EdgeMaster nicht nur wiederholgenaue und rückführbare Messungen im Sekundenbereich, sondern eine extrem leichte und intuitive Benutzerführung. Ein ideales Gerät zur Kantenmessung und nachweisbaren Qualitätssicherung, was auch SIMTEK Präzisionswerkzeuge herausgefunden hat. „Wenn wir möchten, dass in der Produktion auch mit einem 3D Messgerät gearbeitet wird, dann müssen wir unseren Werkern ein entsprechend komfortables System bieten. Hier brauchen wir eine einfache Software, in der man nicht viel herumklicken muss. Der IF-EdgeMaster liefert uns genau das, was wir brauchen: ein schnelles und genaues Ergebnis.“ Ulrich Weber, Konstrukteur von Sonderwerkzeugen bei SIMTEK Präzisionswerkzeuge weiß genau, was zur praxistauglichen 3D Messung in der Produktion notwendig ist. Als bei SIMTEK entschieden wurde, dass die Qualitätssicherung in der Fertigung um ein 3D Messgerät für die Kantenverrundung von Wendeschneidplatten erweitert wird, wurden potenzielle 3D Messsysteme genau evaluiert. Dass man sich für das Schneidkantenmessgerät von Alicona entschieden hat, hat mehrere Gründe: „Überzeugt haben uns neben der Vielzahl an Messmöglichkeiten vor allem die benutzerfreundliche Bedienung des Systems. Der IF-EdgeMaster hat eine extrem intuitive Bedieneroberfläche und ist sehr einfach zu handhaben. Diese Eigenschaft in Kombination mit der hohen Messgenauigkeit machen das Gerät ideal für den Einsatz in unserer Produktion!“, fasst Weber zusammen.
„OPTIMIERTE FASENGEOMETRIEN VERRINGERN DEN VERSCHLEISS UND ERHÖHEN DAMIT DIE STANDZEIT. DAS IST GENAU DAS, WAS WIR ALS HERSTELLER UNSEREN KUNDEN ANBIETEN WOLLEN!“ Messun g einer Negativfase mit d em IF -Ed geMaster. Das optische Schneidkantenmesssystem misst sowohl die Negativ- als auch Positivfase von Wendeschneidplatten. Auch bei SIMTEK steht die Messung der Stützfasen hoch im Kurs. „Optimierte Fasengeometrien“, so der Hersteller von Präzisionswerkzeugen, „verringern Verschleiß und steigern bei kaum erhöhter Schnittkraft die Standzeiten.“
M i t r i c h t i g e r G e o m e t r i e P ro z e s s s i c h e r h e i t i n d e r A n w e n d u n g bi e t e n SIMTEK Präzisionswerkzeuge nutzt das System hauptsächlich für die Radiusmessung von Hartmetallschneiden mit sehr kleinen Radien. Der IF-
EdgeMaster bietet allerdings noch weit mehr als die Messung der klassischen Verrundung. Anwender messen neben den „Klassikern“ Form und Schartigkeit auch den Frei-, Keil- und
Spanwinkel, die Positiv- und Negativfase sowie die Korbbogenform („Wasserfall-Form“ und „Trompeten-Form“). Die intelligente Beleuchtungstechnologie des optischen Systems sorgt
Ulrich Weber, SIMTEK Pr äz isionswerk zeu ge „Überzeugt haben uns neben der Vielzahl an Messmöglichkeiten vor allem die benutzerfreundliche Bedienung des Systems. Der IF-EdgeMaster hat eine extrem intuitive Bedieneroberfläche und ist sehr einfach zu handhaben. Diese Eigenschaft in Kombination mit der hohen Messgenauigkeit machen das Gerät ideal für den Einsatz in unserer Produktion!“
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alicona I IF-EdgeMaster
Der Anwender SIMTEK Präzisionswerkzeuge entwickelt, fertigt und vertreibt Präzisionswerkzeuge für höchste Anforderungen. Der Hersteller zählt in den Schlüsselmärkten Europas, Asiens und Amerikas zu den Top-Anbietern. Das Standardsortiment umfasst rund 10.000 Standardwerkzeuge für das Stechdrehen, Drehen, Fräsen, Nutstoßen etc. Hauptabnehmer sind u.a. die Automobilindustrie, der Maschinenbau und die Medizintechnik. SIMTEK legt Wert auf die Produktion von Werkzeugen mit Mehrwert für ihre Kunden. Dazu zählen Prozesssicherheit, Standmengenerhöhung und Taktzeitreduzierung.
UND GENAUES ERGEBNIS!“ dafür, dass die Werkstücke unabhängig von ihrer Oberflächenbeschaffenheit, sprich Reflexionseigenschaften, gemessen werden. Auf dem Prüfstand stehen somit sämtliche Wendeschneidplatten unabhängig von Bauteilform, Typ oder Größe und Bearbeitungsschritt – der Grünling wird in derselben Genauigkeit gemessen wie das polierte Werkstück. Auch bei SIMTEK nutzt man die Mess-Extras. Eines davon ist die Messung der Stützfasen der Wendeschneidplatte, wie Werkzeugspezialist Weber erläutert: „Die Messung der Verrundung inklusive Stützfasen ist ein enormes Plus für unsere Produktentwicklung. Die Negativfase beispielsweise erhöht geringfügig den Schnittdruck und steigert gleichzeitig die Ausbruchsicherheit der Schneide. Dadurch verringern optimierte Fasengeometrien Verschleißerscheinungen und erhöhen bei kaum erhöhter
Schnittkraft die Standzeiten. Das ist genau das, was wir als Hersteller unseren Kunden anbieten wollen!“ Denn zu den obersten Geboten des Herstellers zählt die Lieferung von Werkzeugen, die mit jeder Charge die gleiche Geometrie aufweisen und damit die gleiche Leistung bringen. „Nur so können wir unseren Kunden die für sie so wichtige Prozesssicherheit bieten“, erklärt Weber. Ein weiteres Extra ist neben der Messung der Schartigkeit auch die rückführbare Rauheitsmessung. Die Rauheit kann je nach Prozess und Material vor allem in der zweiten Phase der Spanbildung eine signifikante Rolle spielen. Der Kantenradius ist in der ersten Stufe, also beim Eindringen in den Werkstoff („Anstauchen“) entscheidend. In der folgenden Stufe, dem so genannten „voreilenden Riss“, wird der Spanabfluss auch von der Rauheit der Spanfläche beeinflusst.
Qualitätssicherung spielt sich heute nicht nur intern ab. Auch die Kunden „draußen“ verlangen den Nachweis nach erbrachter Qualität. Qualitätssicherung ist auch eine ImageSicherung. Ulrich Weber kennt das: „Unsere Kunden wollen wissen, in welcher Form Qualitätssicherung bei uns stattfindet. Durch die entsprechende Dokumentation sind wir in der Lage, die Qualität unserer Werkzeuge auch nachzuweisen.“ Dokumentierte Qualitätssicherung macht auch das Reklamationswesen wesentlich effizienter. „Eine unmissverständliche Dokumentation der Messungen sowie deren Visualisierung bietet uns und unseren Kunden wichtige Informationen, um bei eventuellen Performance-Problemen beurteilen zu können, welche Maßnahmen ergriffen werden müssen“, betont er.
Wasserfall und Trompete. Ob eine Schneide „gut in Form“ ist, kommt auf mehr als nur einen Parameter an. Daher misst der IF-EdgeMaster auch mehr als nur die klassische Verrundung. Das Schneidkantenmessgerät liefert präzise Messungen der Korbbogenform. Das gilt sowohl für den Typ „Wasserfall“ als auch „Trompete“.
IF-EdgeMaster I alicona
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WARUM DIE FORM NICHTS
SCHNEIDKANTEN
OHNE RAUHEIT,
Die Geometrie einer Wendeschneid-
UND DIE RAUHEIT NICHTS
platte besteht nicht nur aus ihrer Ver-
OHNE FORM IST
rundung. Da gibt es eine Reihe von
Der IF-EdgeMaster basiert wie sämtliche Messlösungen von Alicona auf der EN ISO zertifizierten Technologie der Fokus-Variation. Neben der hohen vertikalen Auflösung und den stabilen, wiederholgenauen Ergebnissen in Labor und Produktion ist die Fokus-Variation noch in einer anderen Hinsicht eine multifunktionale, moderne und praxisnahe Technologie. Anwender messen die Form einer Oberfläche in Kombination mit der Rauheit. Diese Kombination wird sowohl in der industriellen, produktionsintegrierten Qualitätssicherung als auch in der Forschung immer gefragter „Dass ich zusätzlich zur Form auch noch die Rauheit einer Werkzeugschneide messen kann, bringt uns in der Werkzeugoptimierung einen enormen Schritt weiter“, erklärt
Dir k O b er sc hmid t , Le iter d er Ab t eilung M i k ro p rod u k t i o n s t e c h n i k am Fr aunho f er Ins tit ut
für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik. „Das verschafft mir die Möglichkeit, eine Werkzeugschneide in ihrer Gesamtheit zu erfassen.“ Für den Werkzeugspezialisten heißt das vor allem, dass Messungen dadurch „lesbar“ werden. „Ein Rauheitswert, der für sich alleine steht, ist wenig aussagekräftig. Ich kann mit einem alleinstehenden Rauheitswert keinen Zusammenhang zur Oberflächengüte, Standzeit oder potenziellen Verschleißverhalten einer Werkzeugschneide herstellen. Das geht nur in Kombination mit der Form, wie es die Fokus-Variation liefert.“
Parametern, die Schneidleistung und Standzeiten erheblich mitbestimmen. Der IF-EdgeMaster kennt sie. Und damit auch seine Anwender.
Schartigkeit entlang der Kante
Messung von Frei-, Keil- und Spanwinkel
Radiusmessung
Der „Trick“ der flächenhaften Technologie ist, dass sie die klassische Oberflächenmesstechnik mit der Mikrokoordinatenmesstechnik verbindet und dadurch diese einzigartige Kombination schafft. „In der Praxis bedeutet das, dass ich die Rauheit nicht nur messen, sondern auch beurteilen kann, wie sie meine Oberfläche und meinen Schneidprozess beeinflusst.“
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Korbbogenform: Wasserfall und Trompete alicona I Schneidkantenmessung
IM VISIER
KORBBOGENFORM: WASSERFALL UND TROMPETE
SPANWINKEL … beeinflusst Schnittleistung, Spanabfuhr, Schnitttemperatur.
… geben der Kante ihre „echte“ Form und beeinflussen damit die Schneidleistung.
KEILWINKEL
FREIWINKEL
SCHARTIGKEIT
… oder Schnittwinkel definiert die Stabilität des Werkzeugs.
… verhindert Reibung und gewährleistet einen gleichmäßigen Vorschub.
... bestimmt die richtige Qualität der Schneide und damit des Werkstücks.
KANTENRADIUS/ VERRUNDUNG
POSITIV UND NEGATIVFASE
RAUHEIT AN DER SPANFLÄCHE
… entscheidet über Kantenstärke und Oberflächenqualität des bearbeiteten Werkstücks.
…optimieren die Schneidleistung, verringern den Verschleiß und erhöhen die Standzeiten.
… beeinflusst bei manchen Prozessen die richtige Spanbildung bzw. Spanabfuhr. Schneidkantenmessung I alicona
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MESSEN WO ES GERADE D E R I F - P O R TA B L E Z U R N Ä P F C H E N M E S S U N G A U F D R U C K WA L Z E N „Wir haben mit dem IF-Portable definitiv die richtige Entscheidung getroffen! Das System ist seit April 2010 im Einsatz, und die Qualität der Messergebnisse, die wir erhalten, geben uns Recht.“ Andreas Tillmann, Projektleiter in der Fertigung, Heidelberger Druck
Der IF-Portable ist ein mobiles 3D Oberflächenmessgerät, das auch zur Qualitätssicherung in der Produktion eingesetzt wird. Gemessen werden größere Messbereiche auf ebenen und gekrümmten Oberflächen. Ein Klassiker unter den gängigen Applikationen ist die Näpfchenmessung auf Druckwalzen. Gemessen wird die Oberfläche in Kombination mit der Form. Die Echtfarbinformation ist dabei das gewisse Extra, das Tür und Tor für einen noch besseren Farbübertrag öffnen kann. Das Unternehmen Heidelberger Druckmaschinen AG kennt den IF-Portable aus erster Hand. Der Druckmaschinenspezialist hat ein neues Druckverfahren entwickelt, das auch den kostengünstigen Druck von kleinen Printauflagen ermöglichen soll. Kern der Innovation ist eine neue Walze. „Die Rasterwalze nimmt eine genau definierte Menge an Farbe auf und überträgt diese auf die Druckplatte“, erklärt Andreas Tillmann, Projektleiter in der Fertigung. Und je vollständiger der Farbübertrag von Rasterwalze auf Druckplatte ist, desto besser wird das Druckergebnis. Einer der entscheidenden Faktoren ist die Geometrie
der laserstrukturierten Rasterwalze. Zur Qualitätssicherung der feinen Oberflächenstrukturen kam bei Heidelberger Druck von Anfang an nur ein optisches Messsystem in Frage. Die Anforderungen an eine entsprechende Messlösung waren klar definiert: „Voraussetzung war aufgrund der Dimensionen der Walze eine mobile Lösung, kein Labormessgerät. Zudem forderten wir auch bei
steilen Flanken eine hohe Auflösung und Messgenauigkeit ohne Überschwinger. Wichtig war zudem die leichte Bedienbarkeit des Systems“, fasst Tillmann das Pflichtenheft zusammen. Fündig wurde Heidelberger Druck im IF-Portable. St ei l e F l a n k en de r N ä pf ch e n d ir ek t auf Walz e messen Die Messung des Volumens zählt für den weltweit führenden Druckmaschinenspezialisten zu den wichtigsten Oberflächenkenngrößen. Es liefert eine Aussage über die Farbmenge, die in der Oberfläche gespeichert werden kann. Weitere Parameter zur Qualitätskontrolle sind Flankenwinkel, Strukturtiefe, Stegbreite, Rauheiten etc. „Eine der
Der Anwender Heidelberger Druckmaschinen AG – kurz Heidelberg – ist der weltweit führende Lösungsanbieter für Druckereibetriebe mit Schwerpunkt Offsetdrucktechnologie. HeidelbergProdukte zeichnen sich durch eine Technologie aus, die vom Präzisionsmaschinenbau bis hin zur Software-Entwicklung, Maschinensteuerung und Druckprozess-Steuerung reicht. Der Hersteller führt in 170 Ländern 250 Niederlassungen und zählt zu den Unternehmen, die im Bogenoffsetdruck technologische Meilensteine setzten.
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alicona I IF-Portable
NÖTIG IST STEILE FLANKEN DER NÄPFCHEN DIREKT AUF WALZE MESSEN größten Herausforderungen, die die Oberflächenbeschaffenheit der Walze mit sich bringt, ist die Flankensteilheit. Mit dem IF-Portable haben wir eine Lösung gefunden, die wirklich genaue Ergebnisse liefert!“, bestätigt Tillmann. Das mobile Messsystem bringt auf der Basis der Fokus-Variation neben der hohen Messgenauigkeit auch bei steilen Flanken noch ein weiteres Alleinstellungsmerkmal mit. Das optische Messverfahren liefert sämtliche Messergebnisse inklusive Farbinformation, die zu den 3D Daten registriert sind. „Die Echtfarbinformation war ein kaufentscheidendes Kriterium“, erklärt Tillmann. Für den Projektleiter, der für die Umsetzung von Investitionsprojekten mit neuen, innovativen Technologien verantwortlich ist, ist das vor allem für die Forschung relevant. Zusätzlich zu den Forderungen nach der hochgenauen, wiederholbaren und mobilen Messung erfüllt Alicona mit dem IF-Portable auch das Kriterium „leichte Bedienbarkeit“. Die Handhabung bzw. Messung ist denkbar einfach: das System wird direkt auf das Bauteil aufgelegt. Verschiedene Auflagenadapter
sorgen dafür, dass das Messsystem für unterschiedlichste Oberflächenformen und Typen eingesetzt werden kann. Größe und Gewicht sind so konzipiert, dass das System per Hand von A nach B getragen werden kann. Einer der signifikantesten Vorteile punkto Messgenauigkeit und Handhabung ist der Objektivrevolver zum automatischen Objektivwechsel. Die ansprechende Dokumentation bzw. Visualisierung der Messungen ist ein bewährtes Werkzeug, Kunden zu demonstrieren, wie die Qualitätssicherung in der Produktion aussieht. Davon zu reden, wie hochwertig Produkte sind, ist das Eine - die Qualität allerdings auch belegen zu können, das Andere.
DER IF-PORTABLE ist ein optisches 3D Messsystem für den mobilen Einsatz. Das handliche Gerät ist sowohl für die Messung von gekrümmten als auch für ebene Oberflächen geeignet. Mit der Standardausführung werden Geometrien bis zu einer Größe von (mm) 50x50x19 gemessen. Angewendet wird der IF-Portable überall dort, wo die hochgenaue und damit hochauflösende Messung von großen Messvolumina benötigt wird. Eine klassische Applikation ist neben der Messung von Turbinen, Stahlplatten oder Karosserieoberflächen die Oberflächenmessung von Druckwalzen. Der große vertikale Scanbereich und die stabilen Ergebnisse auch in der Produktion machen den IF-Portable zu einem praxistauglichen Messgerät. Anwender erzielen rückführbare Ergebnisse.
Der Objektivwechsel mit einem Revolver steigert die Messgenauigkeit, die Benutzerfreundlichkeit und damit die Prozesssicherheit. Zu den größten Vorteilen des optischen Systems zählt der Objektiv-Revolver. Anwender erhöhen die Genauigkeit ihrer Messungen, da fehleranfällige Neujustierungen oder aufwändige Neukalibrierungen wegfallen. Basierend auf der Technologie der FokusVariation liefert der IF-Portable sämtliche Vorteile, welche das in EN ISO 25178 erfasste Verfahren auch bei der Anwendung im Labor bietet: die hochauflösende Messung von steilen Flanken auch über große Messbereiche, die 3D Farbinformation sowie die Messung von Oberflächen mit unterschiedlichen Materialeigenschaften und entsprechend verschiedenen Reflexionsmustern. Wie bei allen InfiniteFocus-Messsystemen sorgt eine intelligente Beleuchtungstechnologie dafür, dass sich die Software an jede Oberflächenstruktur und Eigenschaft anpasst.
IF-Portable I alicona
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RAUS AUS DEM MESSRAUM, REIN
IN DIE LINIE Wenn 2D Lösungen oder einfache taktile Sensoren zur Messung von hochkomplexen Geometrien in der Fertigung nicht mehr reichen, dann kann die Qualitätssicherung in der Produktion zu einem regelrechten Hürdenlauf werden. Denn der Weg in einen selbst nahe angebundenen Messraum ist zeitaufwendig und ressourcenintensiv. Der IF-Sensor verschafft im Rennen um eine effiziente, verlässliche und genaue Qualitätssicherung einen rentablen Vorsprung: mit dem hochauflösenden Sensor bringt Alicona die optische Messtechnik aus dem Messraum in die Linie. In der Inline-Qualitätssicherung kennt man unter anderem einfache taktile und optische Sensoren. 2D Lösungen sind der Standard für die IO/NiO Erkennung. Mehr und mehr (er)kennt man gleichzeitig das Problem, dass die komplizierten Geometrien von hochkomplexen Bauteilen und teilweise sehr empfindlichen Oberflächen mit den üblichen Mitteln nicht mehr ausreichend zuverlässig gemessen werden können. Es scheint, als wäre die Fertigung der Messtechnik voraus: was man an hochpräzisen und/oder miniaturisierten Formen produziert, ist mit 2D Sensoren und taktilen Verfahren nicht mehr aussagekräftig genug messbar. Der Bedarf an produktionstauglichen optischen 3D Messlösungen, welche die filigranen und funktionsentscheidenden Oberflächenstrukturen in hoher Auflösung messen, steigt also zu12
alicona I IF-Sensor
nehmend. Mit dem IF-Sensor bietet Alicona der Industrie eine solche Lösung. Es handelt sich um einen hochauflösenden optischen 3D Messsensor, der die komplexen Formen mit steilen Flanken und/oder extrem kleinen Radien auch in der Produktion misst – hochauflösend, wiederholgenau und rückführbar. Basierend auf der Technologie der Fokus-Variation hat die Industrie ein System zur Inline-Inspektion zur Verfügung, das auch in einer Fertigungsumgebung stabile Ergebnisse liefert. Es ist nicht so, als gebe es in der Industrie keine Bestrebungen, die optische 3D Messtechnik in die Produktion zu integrieren. Viele industrielle Hersteller benutzen für ihre Qualitätssicherung einen angebunden Messraum bzw. ein Messlabor, das auch mit optischen Systemen ausgestattet
ist. Dieser Ansatz ist allerdings vielerorts unbefriedigend, weil er zeitintensiv und aufwendig ist und es an Automatisierung mangelt. Ganz abgesehen davon, dass die Messgenauigkeit der üblicherweise hochempfindlichen Systeme bedingt durch Temperaturschwankungen, Fremdlicht und Vibrationen beeinträchtigt werden und ergo nicht vom Messraum in die Linie integriert werden können. Das bedeutet, es ist nicht möglich, in der Fertigungsstraße denselben Messprozess zu implementieren wie im Labor. Mit der Fokus-Variation setzen Anwender allerdings genau diesen Anspruch um, denn das optische Verfahren lässt sich einfach und schnell vom Messraum in die Linie transferieren. In Zeiten, in der ein wirtschaftlicher Gewinn massiv von Produktionskosten, Durchlaufzeiten und Ausschusskennzahlen abhängig
DIE TECHNOLOGIE: FOKUS-VARIATION
Die Probe wird auf einen Proben-
Das Licht wird von der Probe re-
Jetzt wird die Distanz zwischen
Entscheidend für das Messergeb-
Für jede Position am Objekt wird die
halter gelegt und mit moduliertem
flektiert und über die Präzisionsop-
Probe und Objektiv kontinuierlich
nis ist das korrekte Zusammen-
abgebildete Schärfe gemessen.
Licht beleuchtet. Dieses Licht wird
tik auf einen digitalen Sensor
verändert. Dabei wird die Ände-
spiel von modulierter Beleuchtung,
Die Änderung (Variation) der
in die Optik geleitet und über
projiziert. Je nach gewähltem Ob-
rung der Schärfe gemessen.
kontinuierlichem vertikalen Ver-
Schärfewerte wird zur Messung der
einen halbdurchlässigen Spiegel
jektiv können lateral und vertikal
Gemäß der dreidimensionalen
schub und der Qualität der Sensor-
jeweiligen 3D Position herangezo-
auf die Probe fokussiert. Es ent-
unterschiedliche Auflösungen reali-
Struktur der Probe werden un-
aufnahme. Dieser Prozess wird mit
gen. So entsteht eine dichte 3D
steht eine koaxiale Ausleuchtung.
siert werden.
terschiedliche Bereiche scharf
der von Alicona entwickelten
Messung der Objektoberfläche.
oder unscharf abgebildet.
SmartFlash - Technologie umgesetzt.
ist, ist eine solche Transferleistung eine massive Effizienzsteigerung. „Aus der Praxis wissen wir, dass es zur erfolgreichen Qualitätssicherung in der Linie darauf ankommt, mit einer Lösung zu arbeiten, die flexibel, robust und kosteneffizient ist. Ist nur eine dieser Anforderung nicht erfüllt, ist der gesamte Messprozess nicht mehr verlässlich genug“, fasst Alicona Geschäftsführer Dr. Stefan Scherer zusammen. Und er erklärt weiter. „Der IF-Sensor erfüllt jede dieser Anforderungen!“
Die EN ISO 25178 standardisierte Technologie der Fokus-Variation lässt sich durch standardisierte Schnittstellen (QDAS) leicht und schnell in einen Produktionsprozess integrieren. Scherer erklärt, inwiefern das in der Praxis die geforderte Flexibilität bringt: „Flexibilität bedeutet, sich schnell, unkompliziert und klug an unterschiedlichste Produktionsbedingungen und Produktionsprozesse anzupassen. Die Fokus-Variation setzt genau das um. Die Kerntechnolgie des IF-Sensors lässt sich branchenübergreifend für beliebige Messaufgaben und Applikationen adaptieren. Die Software wird innerhalb kürzester Zeit angepasst. Damit bekommt der Anwender exakt das, was er für seine Applikation braucht“. Das modulare Konzept gewährleistet auch, dass sowohl in der Hard- als auch in der Software jederzeit Erweiterungen bzw. Modifikationen möglich sind.
Man sieht es ihm gar nicht an, welche Widerstandsfähigkeit in ihm steckt. Doch der Sensor überrascht bei industriellen Herstellern immer wieder durch seine Stabilität. Die Fokus-Variation nimmt es mit den härtesten Gegnern auf: Vibrationen, Staub, Partikel aller Art, Temperaturschwankungen oder Fremdlicht sind Bedingungen, mit denen der Sensor leicht fertig wird. Die hohe Messgenauigkeit inklusive Wiederholgenauigkeit und Rückführbarkeit bleibt selbst in einer rauen Umgebung bestehen.
Am Ende des Tages wird man daran gemessen, inwieweit sich getätigte Investition bezahlt machen und wie schnell der so genannten ROI (Return of Investment) erzielt wird. Entscheidend ist, was unterm Strich raus kommt. Beim IF-Sensor ist das höchste Genauigkeit ohne Verschleiß oder Wartungsaufwand, voll integrierte Qualitätssicherung mit hoher Messstabilität auch bei üblicherweise störenden Umwelteinflüssen und eine Technologie, die sich bei geänderten Produktionsbedingungen schnell anpassen lässt. Diese nachhaltige Art der Qualitätssicherung trägt dazu bei, sich im Rennen um eine effiziente, verlässliche und genaue Qualitätssicherung einen rentablen Vorsprung zu erwirtschaften. Die Qualitätssicherung von komplexen Geometrien ist heute durch klassische 2D Lösungen oder einfache taktile Sensoren nicht mehr ausreichend. Der optische 3D IF-Sensor misst auch in der Produktion Formen mit steilen Flanken und/oder kleinen Radien flächenhaft, wiederholgenau und in hoher Auflösung. Die Abbildung zeigt eine 3D Messung eines Prägewerkzeugs inklusive geprägten Werkstücks. Es wird sowohl die Formtoleranz des Werkzeugs als auch die Maßgenauigkeit des Werkstücks gemessen.
IF-Sensor I alicona
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MESSEN PER ROBOTER Wenn sich ein robuster 3D Messsensor und ein beweglicher 6-Achs Roboter zusammentun, dann kommt der IF-Robot dabei raus. Der streckt und reckt sich, wohin ihm befohlen wird. Damit werden auch schwer zugängliche Oberflächenmerkmale von großen, voluminösen Bauteilen leicht messbar. Wie alle InfiniteFocus Messsysteme in der Fertigung basiert auch der IF-Robot auf der Technologie der Fokus-Variation und liefert damit stabile, hochauflösende Ergebnisse in hoher Wiederholgenauigkeit. Wenn Bauteile einmal nicht miniaturisiert sondern groß, schwer und eher voluminös sind, dann sind Messsysteme gefragt, die sich entsprechend gesteuert „selbst“ zu den diversen Messpositionen begeben. Die Messung von Einspritzdüsen oder Mikroschaltern bringt andere Anforderungen mit sich als die Messung von Mikrogeometrien auf Turbinenschaufeln oder Rotorblättern. Derart voluminöse Bauteile sind nicht mehr so einfach beweglich. Wenn in einem solchen Fall unterschiedliche Messpositionen angefahren werden müssen, dann gilt es, dafür zu sorgen, dass
sich nicht das Bauteil, sondern das Messsystem zur gewünschten Position fährt. Der 6-Achs Roboter in Kombination mit dem Inline-tauglichen optischen Sensor bietet eine solche Möglichkeit. Auch schwer zugängliche Oberflächenmerkmale werden somit hochauflösend messbar. Klassische Anwendungen sind Fehleranalysen, Toleranzmessungen oder die Analyse von Korrosion. In der Universität Loughborough (UK) beispielsweise ist das System zur Härtemessung nach Vickers auf Stahl- und Aluminiumplatten im Einsatz.
Auch beim IF-Robot gilt, dass selbst bei Oberflächen mit unterschiedlichen Materialeigenschaften hochauflösende Ergebnisse erzielt werden. Neben der hohen Messgenauigkeit liefert die flächenhafte Oberflächenmessung auch neue Kennwerte zur Optimierung von Produktionsprozessen. Fazit: höhere Standzeiten bei höherer Reproduzierbarkeit und stabilen Messungen in hoher Auflösung.
Der IF-Robot misst Rauheit, Form und Geometrie auf großen Bauteilen wie Flugzeugturbinen. Als robotergestütztes Messsystem sind auch schwer zugängliche Oberflächenmerkmale leicht und schnell messbar.
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alicona I IF-Robot
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Alicona Frankreich Alicona SARL Rue de Savoie 11 91940 Les Ulis France Tel: +33 169 86 9137 Fax: +33 169 86 9137 sales.fr@alicona.com
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