Prozessorientierte 3D-Werkzeugmessung

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1 Prozessorientierte 3D-Werkzeugmessung Gottfried Frankowski, Teltow/Berlin GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

2 Vortragsschwerpunkte - Messmethode - Messung von Werkzeugschneidkanten - Koordinatenmessung von Werkzeugen - Ausblick - Zusammenfassung GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

3 Warthestrasse 21 D Teltow/Berlin Tel.: +49/3328/ Fax: +49/3328/ Büro Konstanz: Lohnerfeldstr.. 2; D D Konstanz Tel.: +49/ GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

4 GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

5 Messmethode Streifenprojektion als Triangulationsverfahren Messobjekt Messobjekt Linienprojektor (z.b. Laserscanner) Kamera Streifenprojektor Kamera GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

6 Messmethode Streifenprojektion als interferometrisches Verfahren CCD-Chip CCD-Kamera Projektor Kollimator Teilerspiegel Objektwelle Lichtquelle Referenzwelle Referenzfläche α D: Projektions- bzw. Meßfeld α: Projektionswinkel System-Nullpunkt Meßobjekt D Meßobjekt (Meßfläche) Zweistrahl-Interferometer (Twyman-Green-Typ) Streifenprojektions-Anordnung GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

7 Messmethode Flächenhafte 3D-Erfassung mittels Streifenprojektion GFE-Fachtagung 3D-Werkzeugmessung ; Schmalkalden, 08. Juni 2011

8 Digitale Streifenprojektion mittels DLP TM -Technologie Digital Micromirror Devices DMD TM Durchmesser eines menschlichen Haars Evaluation of the Fringe Patterns by the Software Computer-aided Generation of Fringe Patterns and Transfer to the DMD Projector DMD Array Computer Digital Projection of Fringes Digitization and Data Transfer Mikrospiegel: 480 x 320 bis 1900 x 1200 Spiegelgröße: 7 x 7 µm 2 Spiegelabstand: < 1 µm CCD Camera Data Acquisition Component (e.g. Cylinder Head) GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

9 Basissysteme für Streifenprojektions-Messgeräte CCD-Camera Light Source Light Source CCD-Camera Light Source Telecentric Evaluation Optics Projection Optics DMD-Array DMD-Array Projection Optics Projection Optics Telezentric Observation Optics DMD-Array α Measuring Depth 3D Profile Measuring Depth 3D Profile Projection Area Projection Area Measuring Area Measuring Area Field of View (FOV) Ein-Kamera-Projektorsysteme (GFM - MikroCAD-Systeme) Zwei-Kamera-Projektorsysteme (GFM-TopoCAM-Systeme) GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

10 Video: Die Technologie GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

11 Prozessorientierte Werkzeugmessung Was wird gemessen: Schneidkante: Radienmessung Span- und Freiwinkel Fasen Schartigkeit Verschleiß Form: Schneidendurchmesser Halsdurchmesser Schaftdurchmesser Länge Drallwinkel Wie wird gemessen: Messgeschwindigkeit Messgenauigkeit Großer Arbeitsabstand Einfaches Handling Glänzende Bauteile GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

12 Definition: Optische 3D-Oberflächen- und -Koordinatenmessung z y z y x Messvolumen x Oberflächenmesstechnik: Koordinatensystem wird durch das Sensorvolumen gebildet (kein Weltkoordinatensystem) Koordinatenmesstechnik: Bauteil befindet sich Weltkoordinatensystem Das durch die Messmaschine gebildet wird GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

13 MikroCAD-Produktfamilie für die Werkzeugmessung MikroCAD LITE DSP MikroCAD LITE MikroCAD PREMIUM GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

14 MikroCAD-Systeme für Werkzeugmessung Messvolumen [mm 3 ] 1,8 x 1,2 x 0,5 * 2,4 x 1,8 x 0,5 * * 2,9 x 2,4 x 1 * * * 5 x 3 x 1 * 4,8 x 3,6 x 1 * * 13 x 8 x 3 * 13 x 10 x 3 * * 45x30x10 * Messpunktanzahl Punktabstand [µm] 3 1,5 1, Vertikalauflösung [µm] 0,2 0,1 0,05 0,3 0, Datennaufnahme [ s ] (PC-basiert) Datenaufnahme [ s ] (DSP-basiert) * MikroCAD LITE ** MikroCAD PREMIUM *** MikroCAD PREMIUM + (Alle Angaben sind circa-werte) GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

15 Messung von Werkzeugschneidkanten Schneidkantenverrundung ist herausragend wichtig Genaue Verrundung erhöht Arbeitsgeschwindigkeit und Standzeit Streifenprojektion ist ideale Messmethode Automatisierte Messung von >100 Kantenradien in 3 Sekunden Folgt Kurven, misst Fasen, Rauheit, Ausbrüche u.v.a.m. GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

16 GFM - Performance in 3D Schnelle Messung Hohe Auflösung Großer Höhenbereich, sofort GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

17 Präzision entscheidet Standzeit und Verschleiß als Funktion des Kantenradius (Quelle: PLATIT) GFM-Radiennormal und Abnahmeprotokoll GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

18 Verschleißmessung Präzise Evaluation von Werkzeug- und Bauteilverschleiß GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

19 Messung beliebiger Kanten und Verrundungen Falzkanten Kante eines Rennskis Verrundung Bruchkanten und Grate GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

20 TopoCAM-Produktfamilie für die Werkzeugmessung TopoCAM portabel TopoCAM standard TopoCAM venturion Messvolumen [mm 3 ] Messpunkte/Einzelview 300x250x x150x150 2x1,4M CNC-Messvolumen [mm 3 ] Sensormessvolumen [mm 3 ] Messpunkte/Einzelview 200x200x200 40x30x30 2x1,4M CNC-Messvolumen [mm 3 ] Sensormessvolumen [mm 3 ] 400x100x50 13x8x6 5x3x2 Messpunkte/Einzelview 0,4M GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

21 Messung mit Marker-Fitting: Marker auf dem Bauteil GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

22 Marker auf dem Träger GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

23 TopoXenios Measurement of a piece, determination of measure deviations and generation of a detail drawing Measuring protocol Examination of deviations in measure and shape by means of a nominal/actual CAD based comparison GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

24 TopoXenios GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

25 GFM TopoCAM venturion GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

26 TopoCAM venturion GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

27 CNC-basiert, vollautomatisch, schnell GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

28 CNC-basiert, vollautomatisch, schnell Vorteile: Transformation über die Koordinatenachsen der Messmaschine Keine Passmarken Kein Fitting Sofort absolute Messpunkte 3D-Datensatz entsteht unmittelbar während der Messungen GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

29 Messung: Resultate in Sekunden Beispiel: Komplette Bohrerspitze in nur 5 Views Insgesamt unter 30 Sekunden GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

30 Beispiel: Fräswerkzeug GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

31 Beispiel: Fräswerkzeug GFM s TopoXenios-Software bietet umfassende Auswertungsfunktionen GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

32 Hochauflösende Messung Kantendetail GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

33 Video: 3D-Messung in Aktion GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

34 Volume value KH and/or Z-Measure in WKS-Coordinates Piston orientation Different strategies for the Determination of the Volume GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

35 Ausführungsbeispiel eines OEM-Sensors ShapeScan3D Mobiltelefon mit integriertem DLP-Projektor Pico DLP TM Light Engine DSP/Pico-Projektionseinheit von GFM Technische Daten: Kontrastpunkte: 758 x 482 (aktuell) Datenaufnahme: 60 Hz Verfügbare Sensorfelder: Minimal: 1,8 x 1,2 mm² Maximal: > 1 m 2 Sensitivität: 16 Bit / Digits 3D-Sensor im Industriegehäuse GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

36 Anwendungsfelder industrielle Messtechnik Werkzeugmessmaschinen Koordinatenmessmaschinen Robotersysteme Stand-alone Messgeräte Handgeführte 3D-Messgeräte Mehrsensor-Systeme GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

37 Autonomer 3D-Sensor für KMG-Integration Renishaw-Adapter GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

38 3D-Messung und -Inspektion von Punktschweißungen GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

39 OEM-Sensorintegration zur Inline-Rauheitsinspektion Inspektionskriterium: Sz < 4 µm 3D-Profil einer gedrehten Oberfläche Bauteiloberfläche - drehbearbeitet 2D-Profilschnitt GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

40 Auflösungsvorteile durch kürzere Wellenlänge Ausbruch 300 nm 400 nm 500 nm 600 nm 700 nm 800 nm ultraviolett violett blau grün gelb rot infrarot Die Wellenlänge des UV Lichtes ist ca. 2 4 fach kleiner, als die des sichtbaren Lichtes Die optische Auflösung ist proportional zur Wellenlänge, so dass mit UV Licht auch 2 4 fach kleinere Strukturen aufgelöst werden können GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

41 Erhöhung des Streulichtanteils durch UV Licht Ausbruch Durch die kürzere Wellenlänge vergrößert sich der Streulichtanteil Mit erhöhtem Streulichtanteil können chromglänzende Bauteile und Bauteile mit steilen Flanken einfacher gemessen werden Störende Reflexionen an spiegelnden Bauteilen mit werden stark reduziert und Artefakte vermieden GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

42 Systemvergleich MikroCAD-Geräte MikroCAD lite MikroCAD premium MikroCAD premium+ Beleuchtung Weiße LED Blaue LED UV LED Kamera 0,4 Megapixel 2 Megapixel 5 Megapixel Ausbruch Messvolumen* 1,8 x 1,2 x 1 mm³ 2,4 x 1,8 x 1 mm³ 2,9 x 2,4 x 1 mm³ Messpunktdichte 2,5 µm 1,5 µm 1,2 µm Höhenauflösung 0,2 µm 0,1 µm 0,05 µm Geschwindigkeit Punkte/s Punkte/s Punkte/s Gedrehte Oberfläche mit einer mittleren Strukturhöhe von 1,3 µm MikroCAD lite MikroCAD premium MikroCAD premium+ GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

43 Vergleich von Bauteilreflexionen Oberflächenvertiefung eines glänzenden Bauteils Vergleich der Rohdaten MikroCAD lite MikroCAD premium MikroCAD premium+ Die Messergebnisse veranschaulichen die Verbesserung der Datenqualität beim Übergang von Standardbeleuchtung über den blauen hin zum UV Spektralbereich. Trotz Vergrößerung des Messbereiches können durch den Einsatz kürzerer Wellenlängen, angepasster Optik und Kamera bessere Ergebnisse erzielt werden und das Objekt mit starkem Glanz, konkaver Oberfläche und starken Neigungen 100%ig erfasst werden. GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

44 Beispiel: Messung der Schneidkante eines Skalpells Profilschnitt Teilbereich Verteilung der Radienwerte GFE-Workshop Optische Messtechnik für Präzisionswerkzeuge ; Schmalkalden,

45 Vielen Dank! GFE-Fachtagung 3D-Werkzeugmessung ; Schmalkalden, 08. Juni

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