Ein Werkstückmesssystem, das rotationssymmetrische Teile präzise und schnell in der Rotation vermisst, hat die Kelch GmbH aus Weinstadt bei Stuttgart entwickelt. Die Leistungsfähigkeit des Systems hat einen bedeutenden Automobilhersteller aus der Region bewogen, es zur Prüfung von Gleichlaufkegeln für Getriebe einzusetzen.
Das Werkstückvermessungssystem Kenova measure line V9 von Kelch misst rotationssymmetrische Teile in der rotierenden Bewegung. Ringe, Wellen oder Kegel können bis zu einem Durchmesser von 1000 mm und einem Gewicht von bis zu 150 kg in der Rotation vermessen werden. Ein Messlauf dauert in der Regel etwa 20 Sekunden, kann aber auch auf bis zu 1 Sekunde verringert werden. Dabei werden 60 Bilder pro Sekunde aufgezeichnet und gleichzeitig ausgewertet.
Diese hohe Leistungsfähigkeit hat einen weltweit bedeutenden Automobilhersteller dazu animiert, für eine spezielle Anwendung, bei der es auf der einen Seite um Präzision, auf der anderen Seite aber auch um schnelle Taktzeiten ging, diese Lösung von Kelch einzusetzen. Im Raum Stuttgart produziert dieser Hersteller seit Jahren Gleichlaufkegel, die in Getrieben für Automobile eingesetzt werden. Da diese besonders beschichteten Werkstücke sehr passgenau sein müssen, werden die Funktionsflächen mechanisch auf Dreh- und Schleifmaschinen bearbeitet. Nach der Bearbeitung müssen die Werkstücke auf Rundlauf, Rundheit und Durchmesser sowie auf ihre Oberflächengüte geprüft werden.
Höhere Geschwindigkeit durch Automatisierung
Als ein Robotersystem für das automatische Be- und Entladen der Bearbeitungsmaschinen eingeführt worden war, sollte auch das Messsystem entsprechend integriert und nicht mehr von Menschenhand bestückt werden. Dadurch sollte eine 100-Prozent-Kontrolle möglich werden. Die Spezialisten des Bereichs Mess- und Prüftechnik bei Kelch hatten auch schon Messanlagen für andere Linien des Automobilherstellers gebaut und waren mit den Verhältnissen vor Ort vertraut.
Zum Einsatz kam ein Messsystem Kenova measure line V9, das mit einer hochauflösenden CCD-Kamera und einem telezentrischen Objektiv sowie einem Lasertriangulationssensor ausgestattet wurde. Mit dieser Lasertechnik können nicht nur rotationssymmetrische Werkstücke auf die Einhaltung der Maße vermessen werden, sondern auch komplexere Teile mit Geometrien in dreidimensionaler Struktur. Der Bildausschnitt wurde auf 17 x 12 mm vergrößert. Dadurch war es möglich, alle Merkmale des Werkstücks in einem Bildausschnitt zu vermessen, ohne das Messsystem verfahren zu müssen. Die Experten von Kelch gewannen dadurch die benötigte Zeit und waren gleichzeitig in der Lage, die extrem niedrigen Toleranzen auch im Dauerbetrieb prozesssicher zu überprüfen.
Das Messsystem erreichte eine Messzeit von unter 11 Sekunden pro Werkstück. Die Anlagen laufen mittlerweile reibungslos im 24-Stunden-Betrieb, sieben Tage die Woche. Das System prüft bis zu 120 Werkstücke pro Stunde dauerhaft im Dreischichtbetrieb.
Integration von Messsystem und Bearbeitungszentrum
Die Software ermöglichte die Integration in das automatisierte System. Gefragt war hier eine Profibus-Schnittstelle, die wie jede andere industrieübliche Schnittstelle zur Datenübergabe vom System unterstützt wird. Wenn die Messwerte sich ändern, zum Beispiel durch Verschleiß der Bearbeitungswerkzeuge, muss die Software in der Lage sein, die Daten automatisch an die Bearbeitungszentren zu übertragen, damit die Abweichungen bei der Bearbeitung kompensiert werden können.
Diese Fähigkeit musste in mehrfachen Simulationen vor der Endabnahme im Produktionsbetrieb nachgewiesen werden. Dabei wurde nach Verfahren 1 und 3 der Messsystemanalyse mit einem Masterwerkstück und mehreren Werkstücken in verschiedenen Szenarien gemessen. Anschließend wurden die Messmittelfähigkeiten Cg und Cgk ermittelt. Diese lagen im Schnitt bei 2,00 und somit weit über dem geforderten Wert von mindestens 1,67.
Die Rekalibrierung wurde dadurch erleichtert, dass die Werkstückaufnahmen am Kenova measure line V9 mit speziellen Kalibrierflügeln versehen wurden. So kann sich das Gerät nach einer vorgegebenen Zeit selbstständig kalibrieren. Da das System flexibel für mehrere Durchmesser geeignet sein musste, wurden für alle benötigten Bauteilgrößen entsprechende Kalibrierflügel vorgesehen.
Das System V9 ist wie die gesamte Kenova measure line-Serie leicht und intuitiv zu bedienen. Schon nach einer kurzen Einführungsphase kann der Bediener Messprogramme selbstständig erstellen und speichern. Toleranz- und Eingriffsgrenzen werden auf einem Bildschirm farbig dargestellt. Zusätzlich kann ein entsprechendes Protokoll erstellt und ausgedruckt werden. Eine automatische Weiterleitung der Messwerte an das computergestützte Qualitätsmanagementsystem ist möglich.
Die Verwendung von Mineralguss als Werkstoff für den Grundkörper verleiht dem Messsystem bessere physikalische Eigenschaften. Die erhöhte Vibrationsdämpfung schützt vor störenden Einflüssen aus Produktionshallen. Die größere thermische Trägheit vermeidet Ungenauigkeiten durch Temperaturschwankungen. Das bei der Herstellung eingesetzte Kaltgussverfahren spart rund 40 Prozent Energie ein im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren Alu- und Grauguss. Später kann das Material leicht recycelt werden, zum Beispiel im Straßenbau.
Kelch GmbH www.kelch.de
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