Messung von Modellplatten und Gussteilen.

Transkript

1 01 Messung von Modellplatten und Gussteilen

2 Modellplatten & Kernkästen Modellplatten und Kernkästen 01 Bild 1: Kernkastenhälfte mit Streifenlichtprojektion Für die Flächenrückführung einer Modellplatte, einem Kernkasten oder einem Kern aus dem Gießereimodellbau ist eine vollständige und hochgenaue Digitalisierung der relevanten Flächen notwendig. Hierbei wird ein ATOS TripleScan Sensor der Firma GOM mbh zur Erfassung des Ist-Zustands verwendet. Hierfür muss das Bauteil von Formsand und Graphitrückständen befreit sein, damit ein unverfälschter Datensatz entstehen kann. Um ein bestmögliches 3D-Modell zu erhalten, wird abhängig von der Objektgröße und der erforderlichen Detailgenauigkeit, das entsprechende Messvolumen bestimmt.

3 Bild 2: Modellplatten mit 6 Modellnestern Bild 3: Unterteil eines Kernkasten Die Detailauflösung definiert die Dimensionen des Messfeldes der Scans, die jeweils mit einer Auflösung von bis zu 16 Megapixel aufgenommen werden. Der Messvorgang wird bei Einzelteilen manuell ausgeführt. Es können Bauteile bis zu 10m Größe erfasst werden. Ein vollständiges 3D-Modell besteht aus vielen Einzelscans, die durch vorher angebrachte Referenzpunktmarken orientiert und miteinander verknüpft werden. Der Sensor projiziert zur Detektion der Oberflächengeometrie, während der Messung ein Streifenlichtmuster auf das Messobjekt. Nach der Erfassung der Ober- und Unterseite z.b bei der Modellplatte werden die Punktewolken zu einem Dreiecksnetz vermascht und stehen anschließend für die nachfolgende Prozesse bereit. Neben der Inspektion der Flächen und Geometrien können über Absteckbohrungen oder andere Ausrichtelemente die Netze zueinander ausgerichtet werden. Durch den Vergleich gescannter Daten mit den CAD-Modellen können z.b. Flächen- oder Modellbereiche mit erhöhtem Verschleiß ermittelt werden. Ferner kann eine generelle Abweichungsanalyse (Falschfarbendarstellung) erstellt werden. 03

4 Flächenrückführung Modellplatten Flächenrückführung Modellplatten Bild 1: STL importieren Auf Grundlage der erzeugten STL-Daten wird die Flächenrückführung anhand verschiedener Systeme durchgeführt. Je nach Kundenwunsch werden hier unter anderem die Systeme CATIA V5 oder TEBIS 4.0 eingesetzt. Hierbei kann die Konstruktion sowohl vollparametrisch mit kompletter Historie oder auch in Form von hochgenauen Bezierflächen erfolgen. Auch eine Hybridmodellierung ist hier möglich. Bei vorhandenen 2D-Zeichnungen oder 3D-Daten können diese ebenfalls bei der Rückführung berücksichtig werden. Bild 2: Krümmungsanalyse 04 Die ausgerichteten STL-Daten werden für die Flächenrückführung in das gewünschte System importiert. Anhand verschiedener Analysefunktionen wird das gesamte STL analysiert, Beispiel (Bild 3). Man startet beim Reverse-Engineering immer an den großen Hauptflächen (Modellplatten) und verbindet diese Flächen dann mit einem tangentialen Übergang. Die erzeugten Flächen werden immer wieder im laufenden Prozess und am Ende der Flächenrückführung auf Qualität und Abstand zum realen Modell (STL) analysiert. Der Abstand von den erzeugten Flächen zu dem STL wird über einen Flächenvergleich mit Falschfarbenanalyse oder mit einer Abstandsmessung ermittelt. Bild 3: Kreisförmiges Edges über Radius erzeugen Bild 4: Netz mit allen Flächenumrandungen

5 Flächenrückführung Modellplatten Die so erzeugten Flächen können in verschiedenen CAD-Formaten (JPEG, STEP, Catia, SolidWork, NX etc.) zur Verfügung gestellt werden. Die Flächen können sowohl für die NC-Prüfung als auch für Modell- und Werkzeugkonstruktionen verwendet werden. Bild 5: Falschfarbenanalyse (Abweichung rückgeführte Flächen zum realen Modell) 05 Bild 6: Rückgeführter CAD-Datensatz

6 Gussteil Bild 1: Gussteil auf Drehtisch mit Streifenprojektion Gussteil teilgröße werden Messvolumen von 60mm bis Sandguss 1000mm verwendet. Die manuelle Messung wird mit einem handgeführten Sensor durchgeführt. Bei kleineren Bauteilen bis max. 500mm Durchmesser kann zusätzlich ein Drehtisch eingesetzt werden. Für eine flächenhafte und geometrische Prüfung von Gussobjekten ist eine nahezu vollständige Digitalisierung des gewünschten Bauteils notwendig. Hier kommen die GOM Sensoren ATOS TripleScan und ATOS Core mit bis zu 16 Megapixel Auflösung zum Einsatz. Je nach Bau- Um die vollständige Flächenerfassung, insbesondere bei Gussbauteilen, die optisch schwer zugängliche Bereiche aufweisen, gewährleisten zu können, kann ein Trennverfahren (sägen) angewandt werden. Die zu erfassenden Objekte werden nach Kundenabsprache in die gewünschten Teilbereiche zertrennt und im Anschluss virtuell zusammengesetzt.

7 Bild 2: Scandaten ATOS Professional Bild 3: Reflektionserkennung 01 Bild 4: Gussteil mit ATOS Core MV301 07

8 Inspektion von Gussmodellen Inspektion von Gussmodellen Im Anschluss an die 3D- Digitalisierung wird das STL-Netz auf Grundlage von Millionen gescannten Einzelpunkten berechnet, um so eine gleichmäßige originalgetreue Oberfläche zu erhalten. Zudem kann das Netz je nach der Anforderung ausgedünnt werden, um das Datenvolumen und den Detailierungsgrad zu reduzieren. Inspektion Um eine adäquate Abweichungsanalyse durchführen zu können, ist es zwingend erforderlich die erzeugten Ist-Elemente des Gussobjektes über die Soll-Daten einzupassen. Dazu stellt die Software mehrere Methoden zur Verfügung. Das Bild 1 und Bild 2 veranschaulichen zwei für die Auswertung von Gussmodellen gängige Ausrichtemethoden BestFit und Ausrichtung über Geometrieelemente. 08 Bild 1: BestFit-Ausrichtung Das Ist-Modell wird bestmöglich auf die Soll-Daten eingepasst. Diese dient der ersten Prüfung, ob sich die Ausrichtelemente innerhalb der Toleranz befinden.

9 Inspektion von Gussmodellen Bild 2: Ausrichtung über Geometrieelemente ( oder RPS-Ausrichtung) Das Ist-Modell wird über Konstruktionselemente (z.b. Punkte, Ebenen, Zylinder, Linien, Kreise) gegen äquivalente Soll-Elemente ausgerichtet. Diese dient u.a. zur Simulation der Aufspann-Ausrichtung. Nach der Ausrichtung des Bauteils können die Abweichungen zwischen den beiden Datensätzen flächenhaft verglichen werden. Das daraus resultierende Inspektionsmodell kann dem Anwender in unterschiedlichen Farblegenden bzw. Toleranzlegenden dargestellt werden. Darüber hinaus können auf dem Modell vereinzelte Inspektionspunkte gesetzt werden. Somit lassen sich beispielsweise stark abweichende Bereiche numerisch darstellen. 09 Bild 3: Falschfarbenvergleich - Ist-Netz des Rohteils gegen Soll-Daten des Rohteils Legende im farblich fließenden Übergang des Skalenbereichs ±1.2mm

10 Inspektion von Gussmodellen Bild 4: Falschfarbenvergleich - Ist-Netz des Rohteils gegen Soll-Daten des Rohteils Toleranzlegende im i.o./n.i.o Farbbereich basierend auf vorgegebenen Toleranzwerten Insbesondere in der Gussverarbeitung zeigt die Inspektion über Falschfarbenvergleiche ihre Stärken. Durch die große Flexibilität des Auswerteprogrammes können beispielsweise die Ist- Modelle zeitlich nahezu parallel zu den Soll-Daten des Rohteils (Bild 4) bzw. zu den Soll-Daten des Fertigteils (Bild 5) geprüft werden. Daher können die noch vorhandenen Bearbeitungszugaben des Gussbauteils sehr präzise aufgezeigt werden Bild 5: Falschfarbenvergleich - Ist-Netz des Rohteils gegen Soll-Daten des Fertigteils Toleranzlegende im 8-fach-Skalenbereich basierend auf vorgegebenen Toleranzwerten

11 Inspektion von Gussmodellen Materialstärke und Inspektionsschnitte Eine weitere sehr vorteilhafte Methode der flächenhaften Analyse von 3D-Modellen ist die farbliche Materialstärken bzw. Inspektionsschnittvisualisierung (Bild 6 und Bild 7). Diese werden u.a. zur Versatzprüfung zwischen einer Kernkontur und der dementsprechenden Außenkontur genutzt. Bild 6: Materialstärkenanalyse der Kernmantelfläche zur Ausfläche 11 Bild 7: Inspektionsschnitt Vergleich Ist-Netz-Rohteil gegen CAD-Daten-Rohteil Info Das Verfahren der Materialstärkenprüfung basiert ausschließlich auf einer Ist-Netz-Inspektion. Demzufolge sind hierfür nicht zwingend CAD-Daten bzw. Ausrichtungskonstruktionen erforderlich.

12 Ansprechpartner: Stefan Findeis Abteilungsleiter Optische Messtechnik Thomas Reyer Sales Manager topometric GmbH Wilhelm-Zwick-Straße Göppingen Tel.: Fax: info@topometric.de