Was ist eine Koordinatenmessmaschine?
Ein Koordinatenmessgerät ist ein spezielles industrielles Gerät, das die geometrischen Eigenschaften eines Objekts misst. Ihr Haupteinsatzgebiet ist die Herstellung von Maschinenteilen, bei der sie prüft, ob das fertige Produkt dem Konstruktionsplan entspricht. Daher ist es bei der Produktprüfung, bei GD&T-Messungen und bei der Dimensionsanalyse nützlich.
Koordinatenmessgeräte analysieren Objekte, indem sie sie in ein 3-dimensionales Koordinatensystem einordnen. Ein Taster berührt das Objekt an den spezifischen Punkten, die gemessen werden müssen, und bestimmt präzise den Abstand zwischen ihnen. KMGs sind in Branchen, die präzise 3D-Messungen benötigen, unverzichtbar, da herkömmliche Werkzeuge wie Messschieber und optische Komparatoren solche Aufgaben nicht erfüllen können. Sie sind für kritische Anwendungen in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Medizin- und Verteidigungsindustrie zuständig.
Vorteile von Koordinatenmessmaschinen
Der Hauptvorteil von KMGs im Vergleich zu herkömmlichen Messmaschinen ist die 3D-Messung. Durch die präzise Bestimmung dreidimensionaler Parameter wie Abstand, Winkligkeit, Kreisform und Parallelität sind KMGs unschätzbare Prüfwerkzeuge. Ein weiterer Unterschied zu herkömmlichen Messgeräten besteht darin, dass sie virtuelle Linien und virtuelle Punkte verwenden. Diese Techniken sind für die Messung von 3D-Objekten wie Maschinenteilen unerlässlich. KMGs können auch Oberflächeninspektionen und geometrische Toleranzen durchführen.
Welche verschiedenen Arten von KMGs gibt es?
KMGs unterscheiden sich durch die Größe der Teile, die sie analysieren, und durch ihre Funktionsweise. Alle KMGs bestehen aus vier Hauptteilen: einer Brücke, Messtastern, einem Tisch und einer Steuerung. In diesem Abschnitt werden die Details der verschiedenen KMG-Typen erläutert.
Brücken-KMG
Das Brücken-KMG ist die häufigste Variante. Sie besteht aus einem stehenden Rahmen, der über eine ebene Tischfläche gleitet. Der Rahmen hat zwei vertikale Träger an den Seiten des Tisches und einen horizontalen Träger, der sich über den Tisch erstreckt. Die Kontaktsonde ist vertikal über dem horizontalen Balken aufgehängt. Die Sonde kann sich vertikal bewegen und die z-Koordinate messen. Die Sonde kann sich auch quer über den Balken bewegen, was die y-Koordinate darstellt. Die Bewegung des Rahmens selbst schließlich gibt die x-Koordinate an.
Das Brücken-KMG ist hochgenau und eignet sich ideal für die Messung kleiner bis mittelgroßer Maschinenteile. Es kann Motor- und Karosserieteile in Kfz-Werkstätten, medizinische Geräte und Fertigungskomponenten messen.
Gantry-KMG
Der Körper des Gantry-KMG enthält zwei rechteckige Rahmen auf beiden Seiten der Tischfläche. Ein horizontaler Balken erstreckt sich über diese Rahmen und gleitet mit Hilfe eines Servomotors hin und her. Der Messtaster erstreckt sich an einem Arm, der am horizontalen Balken befestigt ist, nach unten. Die Bewegung des Trägers, des Arms und des Tasters ermöglicht die Messung von drei Dimensionen.
Gantry-KMGs haben den größten Körper aller Typen. Bei größeren Versionen kann sich der Arbeitsbereich auf dem Boden befinden. Gantry-KMGs bieten ein großes Volumen im Arbeitsbereich. Sie prüfen große Maschinen wie Automobilteile, CT-Scanner und Flugzeugpropeller. Sie werden auch in der Fertigungs- und Konsumgüterindustrie eingesetzt, um große Maschinenteile zu analysieren.
Freischwinger-KMG
Das freitragende KMG hat einen rechteckigen Rahmen auf einer Seite des Tisches, der oben eine Führungsschiene enthält. Die horizontale Traverse fährt auf dieser Führungsschiene und stellt die x-Koordinate dar. Der Tragarm mit dem Messtaster fährt über die Traverse und misst die y-Koordinate. Schließlich fährt die Sondenstrebe vertikal aus und bestimmt die z-Koordinate. Sie hat ihren Namen von der Traverse, die sich über die Bühnenfläche erstreckt.
Aufgrund seiner dreiseitig offenen Struktur ist das Freischwinger-KMG sehr gut zugänglich. Es ist für kleine bis mittelgroße Werkstücke geeignet und bietet eine hervorragende Genauigkeit. Es ist auch ideal für automatisiertes Arbeiten und bietet eine einfache Be- und Entladezugänglichkeit. Aufgrund seiner kompakten Bauweise wird es üblicherweise für die Prüfung kleiner und komplexer Teile, Lehren und Meisterteile eingesetzt.
Tragbarer Messarm CMM
Tragbare Messarme (KMGs), auch Gelenkarme genannt, sind mobile KMGs, die kleine bis große Teile messen können. Im Gegensatz zu herkömmlichen KMGs bilden tragbare Arm-KMGs den menschlichen Arm mit Schulter, Ellbogen, Unterarm und Handgelenk nach. Sie können in der Werkstatt umherbewegt und an das zu prüfende Werkstück herangeführt werden.
Aufgrund ihrer Tragbarkeit sind tragbare Arm-KMGs äußerst praktisch. Sie können eine Vielzahl von Anwendungsfällen in jeder Werkstatt abdecken. Sie ermöglichen einfache und genaue Messungen und unterstützen zahlreiche Achsenkonfigurationen. Die Größe der tragbaren Arm-KMGs reicht von weniger als einem Meter bis zu mehr als vier Metern. Sie werden zur Produktprüfung in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Militärindustrie eingesetzt.
Optisches KMG
Optische KMGs verwenden eine optische Linse, eine Kamera und Computersoftware, um das Bild eines Werkstücks zu erfassen und zu verarbeiten. Daher wird die Messung in erster Linie von der Software und nicht von der Hardware durchgeführt. Aus diesem Grund werden optische KMGs auch als berührungslose Messgeräte bezeichnet. Ein optisches KMG kann auch aus zusätzlichen Komponenten wie einem CMOS-Sensor, einem telezentrischen Objektiv und einem Beleuchtungsmodul bestehen. Es handelt sich um hocheffiziente Geräte mit hohen Messgeschwindigkeiten.
Aufgrund ihrer berührungslosen Messtechnik sind optische KMGs ideal für die Analyse empfindlicher oder verformbarer Werkstücke wie Wachsformen. Sie eignen sich auch gut für automatisierte Arbeitsstationen und Fabriken mit hohen Produktionsanforderungen. Optische KMGs können Oberflächenanalysen wie Ebenheitsmessungen, Temperaturprofile und Konturarbeiten durchführen. Sie messen die Eigenschaften von kleinen und verformbaren Teilen in der Elektronik-, Medizin- und Kunststoffindustrie.
Zubehör für Koordinatenmessgeräte
Zusätzlich zu den grundlegenden Komponenten verfügen KMGs über mehrere anpassbare Zusatzgeräte, die ihre Leistung ergänzen. Dieses Zubehör ermöglicht weitere Funktionen des KMG und hilft Werkstätten, spezielle Anforderungen zu erfüllen.
Taststift/Sonde Spitze
Der Taster ist eine gemeinsame Komponente aller Koordinatenmessgeräte. Ein KMG-Taster kann direkte Berührung, Laser oder optische Linsen zur Erfassung von Messungen verwenden. Die am häufigsten anzutreffende Tastspitze besteht aus einem harten, kugelförmigen Ende aus Stahl oder Rubin. KMG-Taster arbeiten mit einem schaltenden Mechanismus, der es ihnen ermöglicht, die Koordinaten bei Kontakt mit der Objektoberfläche zu erfassen. Moderne KMG-Tastsysteme arbeiten mit bis zu 5 Achsen. Die Taster können einfach von oben nach unten schalten oder motorisiert sein, um verschiedene Winkel zu unterstützen. Taktile Messtaster können an der Oberfläche des Objekts entlangfahren und die Beobachtungen kontinuierlich aufzeichnen. Sie sind bei der Oberflächeninspektion von großem Nutzen.
Granit-Tisch
Der Granittisch im Bühnenbereich des KMG dient als Basis für die Messungen. Sein Zweck ist es, eine flache und ebene Oberfläche zum Einspannen von Werkstücken zu bieten. Granitsteintische sind langlebig und robust, was notwendig ist, um das Gewicht schwerer Maschinenteile und Werkstücke zu tragen.
Einrichtungsgegenstände
In KMGs sind Spannvorrichtungen erforderlich, um sicherzustellen, dass sich das Werkstück während der Messung nicht verschiebt. Bei hochpräzisen Operationen kann die kleinste Bewegung zu enormen Beobachtungsfehlern führen. Übliche Arten von KMG-Vorrichtungen sind Klemmen, Fixierplatten und Haftmagnete.
Luftkompressoren und Trockner
Der Betrieb des KMG wird durch eine Druckluftzufuhr gesteuert. Das Druckluftversorgungssystem besteht aus einem Kompressor, einem Filter, einem Trockner, einem Drucktank/Behälter und Steuerungen. Der Druckluftzustand muss ständig überwacht werden, da eine unsachgemäße Versorgung das KMG beschädigen kann.
Software
Moderne KMGs stützen sich bei der Durchführung von Messungen auf Software. Software-Tools haben den Prozess der Produktprüfung wesentlich vereinfacht. Die meisten KMG-Softwareprogramme erfordern keine Kenntnisse einer Programmiersprache. Die Abstandsberechnung und die geometrische Analyse werden über eine benutzerfreundliche Schnittstelle auf einem CAD-Modell durchgeführt. Die Kontrollstation, auf der die KMG-Software installiert ist, erfordert einen modernen Computer mit einem aktuellen Betriebssystem und die erforderlichen Hardwarekomponenten.
Wie man eine Koordinatenmessmaschine benutzt
In diesem Abschnitt gehen wir auf einige grundlegende Vorbereitungsmaßnahmen ein, die für einen erfolgreichen KMG-Betrieb getroffen werden müssen.
Taststiftkalibrierung (Tasterkalibrierung)
Bei ständigem Gebrauch kann der Tastereinsatz - oder die Tastspitze - eines KMG seine Genauigkeit verlieren. Durch rechtzeitige Wartung und regelmäßige Kalibrierung wird sichergestellt, dass das KMG optimal funktioniert. Bei der Tasterkalibrierung werden Abstände an einem vordefinierten Objekt, dem so genannten Artefakt, gemessen. Die Abmessungen des Artefakts sind bekannt, und der vom KMG während der Kalibrierung erfasste Abstand wird mit den tatsächlichen Werten verglichen. Bei den meisten KMGs ist das Artefakt ein kugelförmiges Objekt. Wenn die gemeldeten Abstände nicht genau sind, können die verschiedenen Teile des KMGs gewartet und angepasst werden, bis die kalibrierten Werte akzeptabel sind.
Vorsichtsmaßnahmen bei der Handhabung
Vergewissern Sie sich vor dem Einsatz des KMG immer, dass der Arbeitsbereich und die Messfühler frei von Fremdkörpern und Verunreinigungen sind. Ebenso sollten Sie sicherstellen, dass sich die Arme des KMG reibungslos auf den Führungsschienen bewegen. Einige Objekte neigen dazu, sich bei unterschiedlichen Temperaturen auszudehnen oder zusammenzuziehen; daher sollte man dem Werkstück Zeit geben, sich an die Raumtemperatur anzupassen. Sie sollten auch sicherstellen, dass der Messtaster das Objekt mit konstanter Geschwindigkeit berührt, um taktile Messungen durchzuführen.
Wartung und Kalibrierung
Bei kontinuierlicher Nutzung über lange Zeiträume neigen KMGs dazu, ihre Genauigkeit zu verlieren. Ihr Gerät muss gewartet und kalibriert werden, damit es mit 100% arbeitet. Die KMG-Wartung umfasst die Inspektion und Reparatur aller beweglichen und festen Teile, Gelenke, Schrauben, Motoren und Steuerungen. Bei der KMG-Kalibrierung wird die Gesamtgenauigkeit durch Messung eines Artefakts mit bekannten Abmessungen überprüft. Je nach den Ergebnissen der Kalibrierung kann das KMG einer weiteren Wartungsrunde unterzogen oder für den Betrieb freigegeben werden.
Schulung für Bediener von Koordinatenmessmaschinen (KMG)
KMGs sind komplexe Geräte, die qualifizierte Bediener erfordern. KMG-Bediener sind ausgebildete Messtechniker mit Kenntnissen in Programmierung, Fehlersuche und industrieller Verwaltung. Die Bediener müssen mit allen Funktionsteilen des KMG vertraut sein. Sie müssen in der Lage sein, Aufgaben mit dem KMG effizient zu erledigen und alle Betriebsprotokolle zu kennen. Die Ausbildung der Bediener erfordert auch Kenntnisse über die Steuerung und die für die geometrische Analyse verwendeten Softwaretools.
Schlussfolgerung
Die Investition in eine Koordinatenmessmaschine ist mit vielen Schritten verbunden, aber wir sind hier, um Ihnen den Weg zu erleichtern. Solange Sie Ihre Anforderungen kennen, können Sie mit ein wenig professioneller Beratung Ihre Ziele erreichen. Die wichtigsten Faktoren, die Ihre Entscheidung für ein KMG beeinflussen, sind Leistungsanforderungen, Teilegröße, Genauigkeit und Wiederholbarkeit. Support- und Serviceoptionen sind ebenfalls wichtige Faktoren bei der Auswahl von KMGs. Regelmäßige Wartung und Kalibrierung verlängern nicht nur die Lebensdauer eines KMG, sondern sind auch für dessen optimale Leistung erforderlich. Kontaktieren Sie uns für eine professionelle Beratung zu KMGs. Wir helfen Ihnen gerne weiter!