Koordinatenmessgeräte

Im Gegensatz zu Handwerkzeugen wie Mikrometern, Messschiebern oder Höhen-/Tiefenmessern, welche jeweils nur in eine Richtung messen können, bieten 3D-Koordinatenmessgeräte (KMGs) die Möglichkeit der dreidimensionalen Messung in X-, Y- und Z-Richtung.

3D-Koordinatenmessgeräte verfolgen eine Tastspitze präzise im 3D-Raum und erzeugen dimensionale Messungen durch Formbildung über die Punkte, die durch Kontakt mit dem Messobjekt erfasst werden. Eine noch größere Anzahl von Punkten kann über eine größere Fläche auf dem Objekt erfasst werden, um die Oberfläche abzubilden und mit CAD-Daten zu vergleichen, die zur Prüfung von Formen, Wölbungen und Biegungen herangezogen werden.

Ein großer Vorteil von 3D-Koordinatenmessgeräten (KMGs) besteht darin, dass sie Gegenstände, die mit anderen Messgeräten schwer zu messen sind, mit hoher Genauigkeit messen können.

Ein weiteres Merkmal, das sich aus dem CNC-Charakter des Messsystems ergibt, ist die Möglichkeit, die dreidimensionalen Koordinaten eines bestimmten Punkts (einer Bohrung usw.) vom virtuellen Ursprung aus mit einem Handwerkzeug wie einem Messschieber oder einer Messschraube zu messen. Die Messung mit virtuellen Punkten und virtuellen Linien sowie geometrische Toleranzen erweisen sich bei der Verwendung anderer Messmaschinen als herausfordernd, während sie mit einem 3D-KMG problemlos durchgeführt werden können.

3D-Koordinatenmessgeräte (KMGs) sind automatisierte Prüfwerkzeuge. Erfahrene Programmierer erstellen eine Messroutine oder ein Programm, indem sie alle erforderlichen 3D-Maße sowie Maße von Form- und Lagetoleranzen an einem Teil messen.

Sobald das Programm registriert und ein Ursprungspunkt durch ein Koordinatensystem festgelegt ist, können die Objekte platziert und mit dem 3D-Koordinatenmessgerät automatisch gemessen werden. Während in die Programmerstellung viel Zeit investiert wird, kann die eigentliche Prüfung des Objekts automatisch durchgeführt werden.

Siehe Fallstudien und Whitepaper von Luft- und Raumfahrt- sowie Verteidigungsunternehmen. Die integrierte SPC-Software des Systems sammelt automatisch Daten und erstellt detaillierte Prüfberichte, um die Anforderungen der AS9100 zu erfüllen. Zu den Anwendungsbeispielen gehören präzisionsbearbeitete Komponenten, Gussteile, Formteile und Baugruppen.

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Siehe Fallstudien und Whitepaper von kleinen bis mittelgroßen Maschinen- oder Lohnfertigungsbetrieben. Ganz gleich, ob hochpräzise Komponenten benötigt werden, die die Präzision eines 3D-Koordinatenmessgeräts (KMG) benötigen, oder ob Prüfer und Maschinenführer in der Lage sein sollen, Teile in der Fertigung blitzschnell zu prüfen – die Modellreihe XM ist das richtige Werkzeug für diese Aufgaben.

Siehe Literatur, in der untersucht wird, wie die Prüfeffizienz verbessert und die Eingangsprüfung schneller abgeschlossen werden kann. Beispiele hierfür sind 3D-Koordinatenmessgeräte (KMGs) zur Verhinderung von Engpässen durch die schnelle Objektprüfung durch jedermann und überall in der Produktionsstätte.

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In der Regel ist bei KMGs ein Gerätekoordinatensystem fest definiert, welches sich auf das jeweilige Objekt bezieht.
Die Definition des Koordinatensystems erfolgt durch das Gerät selbst. Dabei wird die Richtung der Achse, welche eine seitliche Bewegung ausführt, als X-Achse bezeichnet. Die Richtung, welche senkrecht zur Oberfläche des Objekttisches verläuft, wird als Z-Achse definiert. Infolgedessen kann eine Abweichung von der Bezugsebene oder Bezugslinie des zu messenden Objekts erforderlich sein, abhängig von der Ausrichtung des zu messenden Objekts. Die physische Übertragung auf die Maschinenkoordinaten erweist sich als schwierig und ungenau, sodass das Arbeitskoordinatensystem entsprechend der Bezugsebene oder der Bezugslinie des Objekts festgelegt wird.
In der Folge wird eine Übereinstimmung zwischen der Ausrichtung des Objekts und der Ausrichtung der Referenzkoordinaten erzielt.

Zum Einstellen des Arbeitskoordinatensystems sind drei Informationen erforderlich.
Die erste ist die Ebene, die die Bezugsebene darstellt, und die Richtung senkrecht zu dieser Ebene ist die Z-Achse.
Die zweite ist die Bezugslinie, die im Allgemeinen die X-Achse und die vertikale Richtung die Y-Achse ist. Die gerade Linie kann direkt vom Objekt aus gemessen werden, oder sie kann eine gerade Linie sein, die zwei verschiedene Punkte (z. B. zwei Löcher) mit einer virtuellen Linie verbindet.
Die dritte ist der Bezugspunkt. Als Bezugspunkt für die X-, Y- und Z-Koordinatenwerte kann der jeweilige Nullpunkt herangezogen werden. Alternativ ist die Angabe eines bestimmten Punktes, etwa des Mittelpunktes einer Bohrung, oder eines virtuellen Punktes, wie des Schnittpunktes zweier Geraden, möglich.

In der Regel wählt der Benutzer über ein Softwaremenü ein „Element“ genanntes Messobjekt, z. B. eine Ebene, aus und beginnt mit der Messung. Bei einem 3D-Koordinatenmessgerät wird die Taststiftspitze mit dem zu messenden Objekt in Kontakt gebracht und der Messpunkt erfasst. Die Messung des Elements erfolgt durch die Erfassung der für jedes Element angegebenen Mindestanzahl von Messpunkten. Wird die Zahl der Messpunkte weiter erhöht, wird sie häufig nach der Methode der kleinsten Quadrate berechnet.
Zu den Messelementen gehören neben Ebenen auch Linien, Punkte, Kreise, Zylinder, Kegel und Kugeln.
Die Ermittlung von Abmessungen und 3D-Formen erfolgt durch die Berechnung von Abständen und Winkeln zwischen den gemessenen Elementen.

Einige Elemente weisen eine dreidimensionale Form auf, beispielsweise in Form eines Zylinders oder Kegels. Andere Elemente hingegen besitzen keine derartige Form, wie beispielsweise Linien oder Kreise. Diese Elemente werden in der Regel auf eine Ebene projiziert, wobei eine senkrechte Ausrichtung zur Ebene erfolgt, um eine korrekte Messung zu gewährleisten. Die projizierte Ebene wird als Bezugsebene oder Projektionsebene bezeichnet.

3D-Koordinatenmessgeräte können auch mit virtuellen Linien und Punkten messen.
Es werden verschiedene Beispiele für virtuelle Elemente verwendet, wie Schnittpunkte zwischen Geraden, Toleranzen zwischen Ebenen, Schnittpunkte zwischen Ebenen und Kreise zwischen Kegeln und Ebenen.
Man kann sagen, dass die Messung mit diesen virtuellen Elementen, die mit Handwerkzeugen wie einem Messschieber nur schwer zu messen ist, einzigartig für die 3D-Messung ist.

Für die richtige Einstellung und Messung sind spezielle Kenntnisse und Fähigkeiten erforderlich.
Es ist erforderlich, eine adäquate Temperatur im Messraum zu gewährleisten und die Temperatur des Objekts zu stabilisieren.

Da bei jeder Änderung verschiedener Einstellungen und Messtaster-Winkel eine Kalibrierung erforderlich ist, ist es nicht einfach, häufige Produktwechsel zu bewältigen.
Die Notwendigkeit eines Messraums bedingt eine erschwerte Durchführung wiederholter Messungen während der Bearbeitung des Objekts.

Die Installation erfordert einen großen Raum und den Bau eines umgebungskontrollierten Qualitätslabors, was sehr teuer ist.
Die Kosten für die Instandhaltung der Messumgebung und der Messgeräte können eine Belastung darstellen.
Die Programmierung des KMG ist aus mehreren Gründen sehr zeitaufwendig. Die Zeit, die benötigt wird, um das Teil in das Qualitätslabor zu transportieren, es auf die richtige Temperatur zu bringen, es zu befestigen, jeden Messtaster zu kalibrieren und die Zeit, die benötigt wird, um die Messung durchzuführen.

3D-Koordinatenmessgeräte (KMGs) sind komplizierte Prüfwerkzeuge mit vielen beweglichen Teilen, temperatur- und feuchtigkeitsempfindlichen Komponenten und verschiedenen zerbrechlichen Elementen. In rauen Produktionsumgebungen, in denen ein viel höheres Potenzial für kostspielige Schäden oder nicht optimale Messbedingungen besteht, kann es zu Ungenauigkeiten bei der Prüfung kommen. Messlabore sind als Sicherheitszonen konzipiert, die von der Produktion abgeschottet sind; sie bieten optimale Bedingungen für eine ordnungsgemäße Prüfung.

Das 3D-Fertigungsmesssystem der Modellreihe XM von KEYENCE ist ein tragbares 3D-Fertigungsmesssystem für den direkten Einsatz in der Produktion, das es jedem Anwender ermöglicht, 3D-Merkmale sowie Merkmale von Form- und Lagetoleranzen einfach und präzise zu messen – überall und jederzeit. Wenn das Teil gemessen wird, zeichnet das System die Daten automatisch auf und erstellt einen Prüfbericht. Unser neuestes Gerät ermöglicht den CAD-Vergleich und den 3D-CAD-Export. Im Vergleich zu den bisher eingesetzten 3D-Koordinatenmessgeräten (KMGs) erreichen Unternehmen eine erhebliche Reduzierung der Prüfzeit und einen erhöhten Durchsatz durch Prüfungen direkt in der Produktion durch jedermann, sodass jeglicher Rückstand beim 3D-Koordinatenmessgerät (KMG) abgebaut werden kann.