Koordinatenmeßtechnik für die Qualitätssicherung

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1 Koordinatenmeßtechnik für die Qualitätssicherung Grundlagen - Technologien - Anwendungen - Erfahrungen Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Tilo Pfeifer Autoren: Dipl.-Ing. W. Beuck, Aachen Dipl.-Ing. R. Brinkmann, Stuttgart Dipl.-Ing. T. Eßwein, Oberkochen Dr.-Ing. A. vom Hemdt, Aachen Dipl.-Ing. H.-J. Hesper, Düsseldorf Dr.-Ing. H.-J. Krumholz, Krefeld Dipl.-Ing. H.-J. Neumann, Oberkochen Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. T. Pfeifer, Aachen Dipl.-Ing. R. Rausch, Stuttgart Dipl.-Ing. T. Roth, Wetzlar Dipl.-Ing. R. Seitz, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. H.-R. Wollersheim, Gummersbach VERLAG

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung in die Koordinatenmeßtechnik Einleitung > Systemkomponenten eines Koordinatenmeßgerätes Bauarten von Koordinatenmeßgeräten Automatisierungsstufen von Koordinatenmeßgeräten Wirtschaftlichkeit Auswahlkriterien Software Einsatzbereiche von Koordinatenmeßgeräten Ausblick Mathematische Grundlagen der Koordinatenmeßtechnik Einleitung Tasterradius-Korrektur Koordinatensystem Geometrische Basiselemente Darstellung von Elementen Meß- und Auswertestrategien Gerade Ebene ' Kreis Kugel 44

3 VIII Inhaltsverzeichnis Zylinder und Kegel Beurteilung von Meß- und Berechnungsergebnissen 46 3 Tastsysteme und Antastverfahren Einleitung Schaltende Tastsysteme ; Mechanisch schaltende Tastsysteme Elektronisch schaltende Tastsysteme Messende Tastsysteme Statisch messende Antastung Dynamisch messende Antastung Kontinuierliches Scannen Selbstzentrieren Lasertaster Photoelektrische Kantenantastung Bildanalyse Theodoliten Photogrammetrische Verfahren Photogrammetrische Verfahren mit Photokameras Vollautomatische photogrammetrische Verfahren mit Videokameras Berechnungsvorgänge bei Antastungen Taststiftbiegung Gerätekorrektur Summe von Gerätekoordinaten und Tasterdaten Relative Taststiftlagen Temperatur-Kompensation am Meßgerät Messen in Werkstückkoordinaten Temperaturkompensation am Werkstück Ausblick 68

4 Inhaltsverzeichnis IX 4 Programmierung von Koordinatenmeßgeräten Einleitung Lernprogrammierung im Dialog mit dem Gerät Geräteferne Programmierung Herstellerabhängige Systeme Herstellerunabhängige Systeme Programmierung mit CAD-Anschluß Prismatische Werkstücke Freiformflächen Schnittstellen...,, Anforderungen an CAD-Systeme Datenrückführung 86 5 Einbindung von Koordinatenmeßgeräten in die Qualitätssicherung Einleitung Prüfplanung Prüfablaufplan Prüfanweisung Planung des Meßablaufes Lagemessungen von Gewindebohrungen Prüfdatenverarbeitung Auswertung Überwachung von KMG Prüfkörper Meßverfahren Auswertung Aussagekraft 108

5 X Inhaltsverzeichnis 6 Entscheidungsanalyse für Einsatz und Auswahl von Koordinatenmeßgeräten Einleitung Das Analysesystem Der Einsatz des Koordinatenmeßgerätes Der Einsatz im Meßraum Der fertigungsnahe Einsatz Die Integration in die Fertigung Die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Die qualitativen Kriterien Die quantitativen Kriterien 120 t Beispiele für Vergleichsrechnungen ' Die grundlegenden Geräteparameter Die Sensoren Die Genauigkeit Der Meßbereich Die Meßgeschwindigkeit Der Gerätepaß Feinanalyse der Geräteparameter Individuelle Gewichtung G Erfüllungsgrad E Formblätter Abnahme und Überprüfung von Koordinatenmeßgeräten Einleitung Festlegen des Koordinatensystems Statistische Auswerteverfahren Positionsunsicherheit Meßablauf Definition der Kenngrößen Darstellung der Meßwerte 168

6 Inhaltsverzeichnis XI 7.4 Bestimmung der Komponentenabweichungen Auswertung nach dem Schablonenverfahren Geradheit und Rechtwinkligkeit von Führungsbahnen Rotatorische Abweichungen von Führungsbahnen Bestimmung der Längenmeßunsicherheit Meßablauf Kenngrößen und Auswertung Überwachungsverfahren Standardisiertes Überwachungsverfahren Prinzip des Überwachungsverfahrens Prüfkörper Meßablauf Kenngrößen und Auswertung Ausblick Meßprotokolle Anwendung von Koordinatenmeßgeräten in Entwicklung und Kleinserienfertigung Einleitung Einsatz von Koordinatenmeßgeräten in der Versuchsteilefertigung Systemkomponenten und Automatisierungsgrad Prismatische Bauteile ; CAD/CAQ-Bausteine Konturen und Freiformflächen Messen von Konturen und Freiformflächen Digitalisieren von Freiformflächen CAD/CAQ-Bausteine Koordinatenmeßtechnik für weitere entwicklungsspezifische Aufgaben Generierung von FE-Netzen 212

7 XII Inhaltsverzeichnis Beispiel: Radialverdichterrad Beispiel: Lenkspindel Ausblick Einsatzerfahrung mit Koordinatenmeßgeräten in der Großserienfertigung Einleitung Anforderungen und Voraussetzungen Anforderungen zur Vereinfachung der Bedienung Anforderungen an den Automatisierungsgrad Anforderungen an die Verfügbarkeit Anforderungen an die Auswertung der Meßergebnisse Ersteinsatz im Motorenwerk Untertürkheim Einsatzerfahrungen mit einem automatisierten Kontrollzentrum im fertigungsnahen Bereich Anlagenkonfiguration Software Ablauf Erfahrungen Maßnahmen zur Reduzierung der Meßunsicherheit Freigabe zur Serienüberwachung Weitere Optimierung der Meßunsicherheit und Verfügbarkeit." Ausblick Meßroboter Reproduzierbarkeit und Meßunsicherheit Dauerlauftest Ausblick Wirtschaftlichkeit Ausblick 239

8 Inhaltsverzeichnis XIII 10 Das Koordinatenmeßgerät im Qualitätsregelkreis Einleitung Die rechnerunterstützte Qualitätssicherung Prüfplanung für Koordinatenmeßgeräte Schnittstellen zwischen CAD-System und Koordinatenmeßgerät Konstruktion eines Werkstücks im CAD-System Prüfdatenauswertung Ein Qualitätsregelkreis in der Zahnradfertigung Wirtschaftliche Fertigung durch Paarungslehrung Einsatz von Expertensystemen zur Qualitätssicherung 260 Literaturverzeichnis 262 Abbildungsverzeichnis 270 Tabellenverzeichnis 279 Stichwortverzeichnis 280