Schleiftechnik in höchster Perfektion. Optische Messtechnik in der Schleifmaschine

Transkript

1 Schleiftechnik in höchster Perfektion Optische Messtechnik in der Schleifmaschine 1

2 Optische Messtechnik in der Schleifmaschine 1. Fa. Kellenberger 2. Komplettbearbeitung und kombinierte Verfahren in WZM 3. Integration in Schleifmaschine 4. Messverfahren 5. Einsatzgebiet (aktueller Stand) 2

3 Schleiftechnik in höchster Perfektion Fa. Kellenberger 3

4 Hardinge Group Amerikanisches börsenkotiertes Unternehmen mit Hauptsitz Elmira New York Ca Mitarbeiter weltweit mit einem Umsatz von ca. 220 Mio. USD Tätig in den Bereichen Drehen, Fräsen, Schleifen und der Spanntechnik 1995 Übernahme durch Hardinge Inc. L. Kellenberger & Co. AG 2000 Übernahme HTT durch Hardinge Inc Fusion von Kellenberger und HTT 2010 Übernahme J&S durch Kellenberger J&S USA Grossbritannien Deutschland Schweiz Standort Schweiz in St. Gallen und Biel China Taiwan 4

5 Universalrundschleifmaschine Hauptmerkmale 5

6 Komplettbearbeitung Entwicklung Bearbeitungsverfahren in Universalrundschleifmaschinen Beispiel Werkstück Aussen-, Innen- und Planschleifen Bearbeitung von Konen und Konturen Unrund- und Gewindeschleifen Koordinatenschleifen 6

7 Schleiftechnik in höchster Perfektion Komplettbearbeitung und kombinierte Verfahren in WZM 7

8 Komplettbearbeitung Argumente Erhöhung der Genauigkeit Bearbeitung in einer Aufspannung Reduzierung der Spannfehler Reduktion der Stückkosten Geringere Investition Reduzierte Nebenzeiten Kürzere Durchlaufzeiten 8

9 Typischer Fertigungsablauf präziser Wellenteile Komplettbearbeitung kombinierte Verfahren Drehen Härten Sägen Schleifen Hart- Drehen Fertig- Schleifen Messen 9

10 Typischer Fertigungsablauf präziser Wellenteile Komplettbearbeitung kombinierte Verfahren Drehen Härten Marktgängige, kombinierte Verfahren Sägen Schleifen Hart- Drehen Fertig- Schleifen Messen Messverfahren: Handmessmittel Messtaster Inprozess Messteuerungen 10

11 Typischer Fertigungsablauf präziser Wellenteile Komplettbearbeitung kombinierte Verfahren Drehen Härten Marktgängige, kombinierte Verfahren Sägen Schleifen Hart- Drehen Fertig- Schleifen Abhängigkeit einer Koordinatenmessgerät (KMG) Messen Abgrenzung : Unrunde Werkstücke Profile komplette Werkstück Vermessung 11

12 Typischer Fertigungsablauf präziser Wellenteile Komplettbearbeitung kombinierte Verfahren Drehen Härten Marktgängige, kombinierte Verfahren Sägen Schleifen Hart- Drehen Fertig- Schleifen Messen Patent KELLENBERGER: Schleifmaschine mit optischem Messsystem 12

13 Schleifmaschine mit optischem Messsystem Patent KELLENBERGER Typischer Fertigungsablauf präziser Wellenteile Drehen Härten Marktgängige, kombinierte Verfahren Sägen Schleifen Messung innerhalb der Werkzeugmaschine Kein Ausspannen Fertig- unabhängig Patent Messen von externen Messgeräte Schleifen KELLENBERGER: Hart- Drehen Wegfall von Spannfehler Möglichkeit von Korrekturen im Mikro - Bereich Schleifmaschine mit Sensoranordnung als zusätzliches Werkzeug optischem Messsystem 13

14 Schleifmaschine mit optischem Messsystem Patent KELLENBERGER Typischer Fertigungsablauf präziser Wellenteile Drehen Härten Marktgängige, kombinierte Verfahren Sägen Schleifen Fertig- Hohe Messrate Messen Schleifen hohe Genauigkeit Hart- Drehen Vorteile des optischen Sensors Berührungslos keine Messkräfte, hohe Flexibilität Patent KELLENBERGER: Hohe Sensorauflösung im Nanobereich Geringes Kollisionsrisiko Schleifmaschine mit Für Werkzeugmaschinen geeignetes optischem Messsystem Messsystem 14

15 Schleiftechnik in höchster Perfektion Integration 15

16 Optisches Messsystem Voraussetzung Präzise Werkzeugmaschine (KMG-Genauigkeit) Hydrostatische Führungen Hohe thermische Stabilität Hohe Steifigkeit Hohe Auflösung der Messsysteme 16

17 Optisches Messsystem Anforderungen Optischer Sensor als integriertes zusätzliches Werkzeug Einfache Bedienung über Maschinensteuerung Flexible Nutzung 17

18 Optisches Messsystem Einsatz chromatischer Weisslichtsensoren light source spectrometer pinhole Sensor Messbereich Sensor ±0,5 mm Messfleckdurchmesser 6µm beamsplitter lens target 18

19 Optisches Messsystem Einsatz chromatischer Weisslichtsensoren Vorteile Sensor enthält keine beweglichen Teile Keine Elektronik im Maschinenraum Unempfindlich gegenüber Umwelteinflüsse Breites Spektrum von Werkstückmaterialien und Oberflächenstrukturen, insbesondere glänzende Oberflächen 19

20 Optisches Messsystem Integration in der Schleifmaschine Erweiterung des Messbereiches Controller erfasst zeitgleich Sensordaten und Position der Maschinenachsen Erweiterung des Messbereiches über Hublänge der Achsen Eigens entwickelte Koordinatenmesstechnik-SW synchronisiert die Daten der NC-Steuerung und der Sensordaten 20

21 Optisches Messsystem Integration in der Schleifmaschine Übersicht CNC optical measurement system Ethernet PC x zc USB opt. controller sensor Einrichten Sensor wird mittels einem Einrichtnormal auf Spitzenhöhe ausgerichtet 21

22 Schleiftechnik in höchster Perfektion Messverfahren 22

23 Optisches Messsystem Rundheitsmessung mit fixer Sensorposition Feststellung Rauheitsmessung weicht stark von Referenzmessung ab und variiert mit der seitlicher Messposition Bezeichnung RONt [μm] Referenzwert Mahr 0.37 Pos Z Pos Z0 + 3 μm 2.27 Pos Z0 + 6 μm 2.48 taktiles Tasterelement Messfleck Sensor 23

24 Optisches Messsystem Rundheitsmessung mit fixer Sensorposition Abweichungen zwischen optisch und taktil werden durch virtuelle Abtastung um Faktor 3 reduziert. Bezeichnung RONt [μm] Referenzwert Mahr 0.37 gefilterte Messdaten 0.86 ungefilterte Messdaten

25 Optisches Messsystem Messung eines Polygons (Capto) Taktile Messung Koordinatenmessgerät Optische Messung in Schleifmaschine Vergleichbarkeit Auswirkung der Oberflächenstruktur Identische Charakteristik vorhanden Geeignete Filter vorhanden 25

26 Optisches Messsystem Messunsicherheit Ausgangslage Messaufgabenspezifisch Messungen in der Maschine gibt es keine Norm Einflüsse Messnormal Wiederholpräzision Temperaturdrift 26

27 Beispiel Pumpenritzel Optisches Messsystem Messunsicherheit Merkmal C-Winkel zur Ausrichtung Profilform Abweichung y c x 27

28 Optisches Messsystem Messunsicherheit erste Erkenntnisse Merkmal Messunsicherheit (k=2) Durchmesser [µm] 1.0 bis 4.0 C-Winkel zur Ausrichtung [ ] 0.02 Profilformabweichung (absolut) [µm] 4.0 Profilformabweichung (Wiederholpräzision) [µm] <0.5 28

29 Optisches Messsystem Eigenheiten und Einschränkungen Grenzwinkel Messprinzip beruht auf Reflektion Je grösser die Neigung, desto weniger Licht wird reflektiert Eingeschränkte Genauigkeit bzw. Messung unmöglich Kühlschmierstoff Berührende Messverfahren verdrängen den Kühlschmierstoff Kühlmittelfilm auf dem Werkstück wird teilweise mitgemessen Ziel: Einsatz vorerst für Prozesserarbeitung, Erstlauf und sporadische Kontrollmessungen 29

30 Schleiftechnik in höchster Perfektion Einsatzgebiet (aktueller Stand) 30

31 Schleifmaschine mit optischem Messsystem Leistungsumfang Vorpositionieren Längspositionieren (Werkstücknullpunkt) Sensor Beliebige Konturen (C Winkel) Sensor 31

32 Schleifmaschine mit optischem Messsystem Leistungsumfang Messzyklen Rundheitsmessung Sensor Durchmessermessung Konturmessung (C/X Interpolation) Profile (X/Z Interpolation) unter Beachtung des Grenzwinkels Allgemeine Merkmale, wie Linien und Kreissegmente für die individuelle Anwendung Sensor Sensor 32

33 Schleifmaschine mit optischem Messsystem Beispiel anhand einer Werkzeugaufnahme 33

34 Schleifmaschine mit optischem Messsystem Beispiel anhand einer Werkzeugaufnahme Interne Auswertungen oder für Analysen auch extern Bestimmung von Korrekturwerten zur Prozessoptimierung Postprozessmessung zur Trendkorrektur Protokollierung 34

35 Schleifmaschine mit optischem Messsystem Ausblick Sensortechnik Grosses Entwicklungspotenzial vorhanden Standardisierte Schnittstellen garantieren die Kompatibilität Schleifmaschine Absolute Messverfahren weiter entwickeln (Kalibrierverfahren) Verringerung der Messunsicherheit (Optimierung Temperaturdrift) Prozess Automatisierungsgrad erhöhen Reinigung bzw. Kompensation von Kühlschmiermittel Technologieversuche (Maschine und Schleifmittel) 35

36 Aktuelle Wiederholpräzision 36

37 P3G_

38 P3G_

39 P3G_

40 P3G_

41 P3G_

42 P3G_

43 P3G_

44 P3G_

45 P3G_

46 P3G_

47 P3G_

48 P3G_

49 P3G_

50 P3G_

51 P3G_

52 P3G_

53 P3G_

54 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 54