Koordinatenmessmaschinen
Inhaltsverzeichnis
Einführung 2 Grundprinzip 2 Eine Koordinatenmessmaschine
setzt sich zusammen aus: 2 Mechanik 3 Antriebssystem 3 Steuerung 3
Meßsystem 4 Tastsystem 4 Schaltende Tastsysteme 4 Messende
Tastsysteme 4 Optische Tastsysteme 4 Computer 4 3D
Koordinatenmessmaschinen Einführung Seit Beginn
der Entwicklung der NC – und CNC – Maschinen in den 50er
Jahren hat sich die automatische Fertigung bedeutend weiterentwickelt.
Es wurde dadurch die Möglichkeit geschaffen, komplizierte Werkstücke
mit großer Genauigkeit wirtschaftlich zu produzieren. Durch
diese rasche Entwicklung wurde aber auch das Messen, kontrollieren
der Qualität, der Werkstücke immer mehr in den Vordergrund
gerückt. Seit den 70er Jahren gab es eine rasche Weiterentwicklung
der Koordinatenmessmaschinen. Sie ist ein sehr universelles
Messverfahren, welches mit großer Genauigkeit auch sehr komplexe
Werkstückegeometrien räumlich messen kann. Mit Hilfe
von Seriengeräten ermöglicht sie heute (1992) Messungen
mit hohen Messgeschwindigkeiten bei eine Auflösung von 1 bis
0,1mm und sehr kleiner Messunsicherheit, die bei kleineren Geräten
unter 1mm liegen kann, für Messvolumina von 400m³ und maximalen
Längen von 25m – die beiden letzten Werte können bei
transportablen optischen Koordinatenmessmaschinen noch um ein bis
zwei Zehnerpotenzen höher liegen.
Grundprinzip Jede Werkstückgeometrie setzt sich
aus verschiedenen Geometrieelementen, wie z.B.: Kugel, Ebene, Zylinder,...,
zusammen.
Bei einer KMM wird die wirkliche Gestalt des Werkstücks durch
die Messung der räumlichen Geometriepunkte erfasst. Element
Theoretische min. Anzahl Empfohlene Anzahl Gerade
2 3 Ebene 3 4 Kreis 3 4 Kugel 4 6 Zylinder 5 8 Als Koordinatensystem
wird im allgemeinen das kartesische Gerätekoordinatensystem verwendet.
Eine Koordinatenmessmaschine setzt sich zusammen aus:
Mechanik Antriebssystem Steuerung Messsystem Tastsystem Computer
Mechanik Werkstoffe für den Grundkörper Stahl
(hohe Festigkeit, schwer, rostanfällig, hohen Wärmeausdehnungskoeffizient)
Grauguss ( fast gleicher Wärmeausdehnungskoeffizient von Stahl,
hochgenaue und sehr stabile Konstruktionen) Hartgestein (sehr niedriger
Wärmeausdehnungskoeffizient, geringes Gewicht ca. Al, es kann
Bimetall Effekt entstehen, z.B.
: für Gerätetische) Keramik (Steifigkeit, hohe Druckfestigkeit,
extreme Härte, sehr niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizient,
sehr glatte Oberfläche, gute Korrosionsbeständigkeit, aber
Sprödbruchanfälligkeit, z.B.: für Portale) CARAT (Aluminium
– Knetlegierung, ausgezeichneten Wärmeleitfähigkeit,
für lange, schlanke Führungselemente, z.B.: für Brücken
& Pinolen) Bauarten: Ausleger (kleine bis
Karosserieteile) Ständer (leicht zugänglich) Portale (hohe
Tischbelastungen möglich) Brücken (große Werkstücke
möglich) Tische Supporte Pinolen Antriebssystem
Der Antrieb dient dazu, die notwendigen relative Bewegungen zwischen
Prüfobjekt und Tastsystem vorzunehmen Üblich sind Gleichstrom-Scheibenläufer
mit direkt gekoppelten Tachogeneratoren oder Schrittmotoren. Sie arbeiten
in einem äußerst großen Drehzahlbereich (1:105).
Dadurch kann gleichzeitig eine sehr geringe Antastgeschwindigkeit
und eine sehr große Eilganggeschwindigkeit realisiert werden.
Steuerung Die Steuerung hat vor allem die Aufgabe, die
Bewegungen der Messschlitten, Pinole etc, zu koordinieren und exakt
durchzuführen. Die Steuerung wird bei motorisch betriebenen KMM
vom Rechner ausgeführt, bei manuell betriebenen Geräten
übernimmt der Bedienungsmann diese Aufgabe.
Steuerungsarten: Punkt zu Punkt (Beschleunigung und Geschwindigkeit
gerätespezifisch) Streckensteuerung (die Geschwindigkeit wird
gewählt) Bahnsteuerung (für kontinuierliches Abtasten, scanning,
Streckensteuerung mit gewisser Bahn) Vektorsteuerung (optimiert den
Verfahrweg und die –geschwindigkeit des Tasters) Meßsystem
Als Meßsysteme wird bei KMM meist ein linear inkremental
arbeitendes Wegmeßsystem mit fotoelektrischer Abtastung der
Strichmaßstäbe verwendet. Ein Drehtisch ermöglicht
die Messung von Rotationsteilen, wie z.B.
: Zahnrädern, Nockenwellen, Schraubenverdichter Längenmaßverkörperung
Abtastung Auflösung [mm] Zahnstangen Elektomechanisch
10 Spindeln Drehgeber 0,1 Strichmaßstäbe Optisch inkremental
0,1 Induktosyn Elektrisch 1 Lichtwellenlänge (Laser) Optoelektronisch
0,01 Tastsystem Messen durch Berührung Schaltende
Tastsysteme Messende Tastsysteme optischern Abtasten (berührungsloses
Messen) Schaltende Tastsysteme Sie sind im wesendlichen
Schalter, die bei einer geringfügigen Auslenkung, welche durch
die Berührung des Tasters mit dem Messobjekts zustande kommt,
ein Triggersignal abgeben. Dieser Vorgang löst eine Messwertübernahme
aus. Anschließend geht der Taster wieder in seine durch drei
Auflagepunkte exakt definierte Ausgangsposition zurück.
Vorteil: geringe Messkraft, hohen Messgeschwindigkeit Messende
Tastsysteme Sie bestehen meist aus drei rechtwinkelig zueinander
angeordneten Federparallelogrammen, die jeweils nur in eine Koordinatenrichtung
um wenige Millimeter auslenkbar sind. Die Auslenkung wird durch ein
induktives Messsystem erfasst, weiteres kann in der Mittelstellung
ein Verriegelung bzw. Klemmung erfolgen.
Optische Tastsysteme Für Teile die weich sind,
wie z.B.: Fahrzeugsitze Oder weil Geometrien es nicht anders zulassen
Optisch und mechanische Systeme gemeinsam nennt man
Kombinationstastkopf Computer Er dient zur Fehlerkompensation
durch Wärme, Auswertung der Messdaten und Erstellung eines Bildes.
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