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
Inhaltsverzeichnis 1 Einführung in die Koordinatenmeßtechnik 1 1.1 Einleitung > 1 1.2 Systemkomponenten eines Koordinatenmeßgerätes 2 1.3 Bauarten von Koordinatenmeßgeräten 3 1.4 Automatisierungsstufen von Koordinatenmeßgeräten 5 1.5 Wirtschaftlichkeit 7 1.6 Auswahlkriterien 11 1.7 Software 13 1.8 Einsatzbereiche von Koordinatenmeßgeräten 17 1.9 Ausblick. 23 2 Mathematische Grundlagen der Koordinatenmeßtechnik 24 2.1 Einleitung 24 2.2 Tasterradius-Korrektur 27 2.3 Koordinatensystem 30 2.4 Geometrische Basiselemente 33 2.4.1 Darstellung von Elementen 35 2.4.2 Meß- und Auswertestrategien 37 2.4.3 Gerade 40 2.4.4 Ebene '. 41 2.4.5 Kreis 42 2.4.6 Kugel 44
VIII Inhaltsverzeichnis 2.4.7 Zylinder und Kegel 45 2.5 Beurteilung von Meß- und Berechnungsergebnissen 46 3 Tastsysteme und Antastverfahren 50 3.1 Einleitung 50 3.2 Schaltende Tastsysteme ; 51 3.2.1 Mechanisch schaltende Tastsysteme 52 3.2.2 Elektronisch schaltende Tastsysteme. 53 3.3 Messende Tastsysteme 53 3.3.1 Statisch messende Antastung 54 3.3.2 Dynamisch messende Antastung 54 3.3.3 Kontinuierliches Scannen 56 3.3.4 Selbstzentrieren 57 3.4 Lasertaster 57 3.5 Photoelektrische Kantenantastung 58 3.6 Bildanalyse 59 3.7 Theodoliten 59 3.8 Photogrammetrische Verfahren 60 3.8.1 Photogrammetrische Verfahren mit Photokameras... 60 3.8.2 Vollautomatische photogrammetrische Verfahren mit Videokameras 61 3.9 Berechnungsvorgänge bei Antastungen 62 3.9.1 Taststiftbiegung 63 3.9.2 Gerätekorrektur 66 3.9.3 Summe von Gerätekoordinaten und Tasterdaten... 66 3.9.4 Relative Taststiftlagen 66 3.9.5 Temperatur-Kompensation am Meßgerät 66 3.9.6 Messen in Werkstückkoordinaten 67 3.9.7 Temperaturkompensation am Werkstück 67 3.10 Ausblick 68
Inhaltsverzeichnis IX 4 Programmierung von Koordinatenmeßgeräten 69 4.1 Einleitung 69 4.2 Lernprogrammierung im Dialog mit dem Gerät 70 4.3 Geräteferne Programmierung 71 4.3.1 Herstellerabhängige Systeme 71 4.3.2 Herstellerunabhängige Systeme 75 4.4 Programmierung mit CAD-Anschluß 81 4.4.1 Prismatische Werkstücke 82 4.4.2 Freiformflächen 83 4.4.3 Schnittstellen...,, 84 4.4.4 Anforderungen an CAD-Systeme 85 4.4.5 Datenrückführung 86 5 Einbindung von Koordinatenmeßgeräten in die Qualitätssicherung 88 5.1 Einleitung 88 5.2 Prüfplanung 88 5.2.1 Prüfablaufplan 91 5.2.2 Prüfanweisung 92 5.2.3 Planung des Meßablaufes 95 5.2.4 Lagemessungen von Gewindebohrungen 98 5.3 Prüfdatenverarbeitung 102 5.3.1 Auswertung 103 5.4 Überwachung von KMG 103 5.4.1 Prüfkörper 104 5.4.2 Meßverfahren 106 5.4.3 Auswertung 107 5.4.4 Aussagekraft 108
X Inhaltsverzeichnis 6 Entscheidungsanalyse für Einsatz und Auswahl von Koordinatenmeßgeräten - 110 6.1 Einleitung 110 6.2 Das Analysesystem 110 6.3 Der Einsatz des Koordinatenmeßgerätes 113 6.3.1 Der Einsatz im Meßraum 114 6.3.2 Der fertigungsnahe Einsatz. 114 6.3.3 Die Integration in die Fertigung 116 6.4 Die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung 118 6.4.1 Die qualitativen Kriterien 119 6.4.2 Die quantitativen Kriterien 120 t 6.4.3 Beispiele für Vergleichsrechnungen ' 122 6.5 Die grundlegenden Geräteparameter 125 6.5.1 Die Sensoren 126 6.5.2 Die Genauigkeit 135 6.5.3 Der Meßbereich 139 6.5.4 Die Meßgeschwindigkeit 147 6.6 Der Gerätepaß 152 6.7 Feinanalyse der Geräteparameter 153 6.7.1 Individuelle Gewichtung G 153 6.7.2 Erfüllungsgrad E 154 6.8 Formblätter 155 7 Abnahme und Überprüfung von Koordinatenmeßgeräten 164 7.1 Einleitung.. 164 7.2 Festlegen des Koordinatensystems 165 7.3 Statistische Auswerteverfahren 165 7.3.1 Positionsunsicherheit 166 7.3.2 Meßablauf 167 7.3.3 Definition der Kenngrößen 168 7.3.4 Darstellung der Meßwerte 168
Inhaltsverzeichnis XI 7.4 Bestimmung der Komponentenabweichungen 169 7.4.1 Auswertung nach dem Schablonenverfahren 169 7.4.2 Geradheit und Rechtwinkligkeit von Führungsbahnen. 174 7.4.3 Rotatorische Abweichungen von Führungsbahnen... 177 7.5 Bestimmung der Längenmeßunsicherheit 178 7.5.1 Meßablauf 179 7.5.2 Kenngrößen und Auswertung 180 7.6 Überwachungsverfahren.. 181 7.6.1 Standardisiertes Überwachungsverfahren 181 7.6.2 Prinzip des Überwachungsverfahrens 182 7.6.3 Prüfkörper 182 7.6.4 Meßablauf 183 7.6.5 Kenngrößen und Auswertung 187 7.7 Ausblick 189 7.8 Meßprotokolle 190 8 Anwendung von Koordinatenmeßgeräten in Entwicklung und Kleinserienfertigung 193 8.1 Einleitung 193 8.2 Einsatz von Koordinatenmeßgeräten in der Versuchsteilefertigung 194 8.2.1 Systemkomponenten und Automatisierungsgrad... 194 8.2.2 Prismatische Bauteile ; 195 8.2.3 CAD/CAQ-Bausteine 202 8.3 Konturen und Freiformflächen 207 8.3.1 Messen von Konturen und Freiformflächen 207 8.3.2 Digitalisieren von Freiformflächen 209 8.3.3 CAD/CAQ-Bausteine 210 8.4 Koordinatenmeßtechnik für weitere entwicklungsspezifische Aufgaben 211 8.4.1 Generierung von FE-Netzen 212
XII Inhaltsverzeichnis 8.4.2 Beispiel: Radialverdichterrad 213 8.4.3 Beispiel: Lenkspindel 214 8.5 Ausblick 216 9 Einsatzerfahrung mit Koordinatenmeßgeräten in der Großserienfertigung 217 9.1 Einleitung 217 9.2 Anforderungen und Voraussetzungen 218 9.2.1 Anforderungen zur Vereinfachung der Bedienung... 218 9.2.2 Anforderungen an den Automatisierungsgrad 218 9.2.3 Anforderungen an die Verfügbarkeit 219 9.2.4 Anforderungen an die Auswertung der Meßergebnisse. 219 9.3 Ersteinsatz im Motorenwerk Untertürkheim 219 9.4 Einsatzerfahrungen mit einem automatisierten Kontrollzentrum im fertigungsnahen Bereich 223 9.4.1 Anlagenkonfiguration 223 9.4.2 Software 225 9.4.3 Ablauf 226 9.4.4 Erfahrungen 227 9.4.5 Maßnahmen zur Reduzierung der Meßunsicherheit... 230 9.4.6 Freigabe zur Serienüberwachung 232 9.4.7 Weitere Optimierung der Meßunsicherheit und Verfügbarkeit." 233 9.4.8 Ausblick 235 9.5 Meßroboter 236 9.5.1 Reproduzierbarkeit und Meßunsicherheit 237 9.5.2 Dauerlauftest 237 9.5.3 Ausblick 238 9.6 Wirtschaftlichkeit 239 9.7 Ausblick 239
Inhaltsverzeichnis XIII 10 Das Koordinatenmeßgerät im Qualitätsregelkreis 241 10.1 Einleitung 241 10.2 Die rechnerunterstützte Qualitätssicherung 242 10.3 Prüfplanung für Koordinatenmeßgeräte 246 10.3.1 Schnittstellen zwischen CAD-System und Koordinatenmeßgerät 248 10.3.2 Konstruktion eines Werkstücks im CAD-System... 252 10.4 Prüfdatenauswertung 254 10.4.1 Ein Qualitätsregelkreis in der Zahnradfertigung... 256 10.4.2 Wirtschaftliche Fertigung durch Paarungslehrung... 259 10.5 Einsatz von Expertensystemen zur Qualitätssicherung 260 Literaturverzeichnis 262 Abbildungsverzeichnis 270 Tabellenverzeichnis 279 Stichwortverzeichnis 280