Messen direkt auf der Maschine
Die Qualität erfolgreich anheben
Warum ist das Klingelnberg-System zur Werkstückvermessung KOMPASS wichtig? Ganz einfach: Sobald ein Abspannen des Bauteils erfolgt, steigt die Unsicherheit der Zuordnung der Messergebnisse zur Aufspannung des Bauteils auf der Maschine. Bei Messausgaben direkt auf der Bearbeitungsmaschine lassen sich hingegen sicher klare Bezüge zum Fertigungsprozess herstellen.
Das Ziel einer jeden Produktion ist es, eine möglichst hohe Ausbeute an „i.O.-Bauteilen“ zu haben. Im heutigen Produktionsumfeld mit zunehmend kleineren Losgrößen entsteht dabei ein Spannungsfeld, das noch einmal durch die ebenfalls zunehmenden Dokumentationsvorschriften in der Produktion verschärft wird. Denn ein häufiger Produktionsanlauf erfordert nach dem Umrüsten ein ebenso häufiges Messen von Bauteilen, um die Produktionsfreigabe zu erhalten. Das Messen erfolgt dabei überwiegend in speziellen Messräumen. Diese befinden sich zum einen oft nicht im unmittelbaren Umfeld der Produktionsmaschine und stellen zum anderen regelmäßig einen Engpass dar.
An diesem Punkt setzt das direkte Messen auf der Bearbeitungsmaschine an. Die Idee ist, über diese Messung abzusichern, dass die Bauteile nach dem Umrüsten auf jeden Fall im Toleranzbereich der Anforderungen liegen. Mit dieser Information kann die Fertigung bereits beginnen – und parallel dazu nimmt das Klingelnberg-Präzisionsmesszentrum im Messraum die zertifizierte Beurteilung der Bauteile vor. Der Nutzen bei diesem Vorgehen liegt ganz klar darin, dass die für die zertifizierte Beurteilung verwendete Zeit nicht mehr zu einem Stillstand der Produktion führt, sondern vielmehr zeitlich parallel zur Produktion verläuft.
Ein Messen auf der Bearbeitungsmaschine kann unterschiedliche Messaufgaben betreffen. Hier existieren einerseits solche, die – wie die Teilungsmessung – einen relativen Charakter besitzen, andererseits gibt es Messaufgaben wie die Topographiemessung, die eine absolute Genauigkeit bedingen. Der jeweilige Charakter der Aufgabe wirkt sich auf den Aufwand aus, der für die Kalibrierung der Messausrüstung zu betreiben ist.
Eine ganz andere Möglichkeit, Messaufgaben zu unterscheiden, ist die Häufigkeit, in der diese abgerufen werden. Manche Messaufgaben – wie die Topographiemessung – finden oft nur direkt nach dem Umrüsten der Maschine statt. Andere Informationen über das Bauteil werden häufiger benötigt und müssen in einer direkten Zuordnung zur Aufspannsituation des Bauteils ermittelt werden.
Das gilt insbesondere für Teilungsmessergebnisse am verzahnten Bauteil, bei denen die Bauteilposition einer bestimmten Position der Werkstückspindel zugeordnet sein muss. Wird das Bauteil abgespannt, so geht diese Zuordnung schnell verloren und die Fehleranfälligkeit für später anzuwendende Korrekturen erhöht sich signifikant.
Grenzen beachten
Messungen auf der Maschine können Effekte der Bauteil-Aufspannung berücksichtigen. Gleichzeitig ist diese Aufspannsituation aber auch eine Unsicherheit für das Messergebnis. Wichtiger Grundgedanke ist daher, dass ein Messen auf der Bearbeitungsmaschine nicht zertifizierungsrelevante Messaufgaben ersetzen kann. Diese sind weiterhin auf einem Koordinatenmesszentrum parallel beziehungsweise im Anschluss durchzuführen. Welche Komponenten werden konkret für ein Messen auf der Bearbeitungsmaschine benötigt? Wichtige Basis ist die Mechanik, die den Messtaster an die Messstelle bringt. Zuverlässige Messergebnisse können dabei nur generiert werden, wenn das Messsystem kalibriert ist.
Diese Kalibrierung wird auf den Klingelnberg-Bearbeitungsmaschinen vom Typ C und G zweistufig durchgeführt. Am Anfang steht die Basiskalibrierung an einem Kalibriernormal zur Ermittlung der dynamischen Kenngrößen der Messeinheit und einer ersten geometrischen Positionsbestimmung der Messkugel. Für Messaufgaben mit relativem Messcharakter reicht diese Basiskalibrierung bereits aus.
Eine Feinkalibrierung, möglichst nah an der späteren Messstelle am Bauteil, ermöglicht im nächsten Schritt die notwendige Präzision für Messaufgaben mit hohen Anforderungen an eine absolute Genauigkeit. Temperatur- und Positioniereffekte im Raum werden durch die Feinkalibrierung klein gehalten. Die verwendeten Kalibrierelemente sind der jeweiligen Aufspannsituation anzupassen.
Präzise Ergebnisse
Als zusätzliches Ergebnis der Feinkalibrierung wird die Aufspannsituation des Kalibrierelementes bestimmt und dem Einrichter durch die Maschinensoftware grafisch zur Verfügung gestellt. So lässt sich auf einfache Weise die ordnungsgemäße Montage des Spannmittels überprüfen. Um die Genauigkeit der Messergebnisse mit absolutem Messcharakter weiter zu steigern, kann die Bauteiltemperatur eingegeben werden (nur C-Maschine) – damit werden Ausdehnungseffekte des Bauteils herausgerechnet.
Die Maschinensoftware ist eine ganz wesentliche Komponente für die Realisierung von Messaufgaben: Sie ermöglicht die Kommunikation mit dem Maschinenbediener, die Kommunikation mit einem Datenbestand, die Abarbeitung der Messaufgabe und die Visualisierung von Messergebnissen sowie deren Verarbeitung. Primäres Ziel des KOMPASS-Systems zur Werkstückvermessung ist eine einfache Realisierung von Messaufgaben und hierauf basierender Korrekturmaßnahmen. Diese erhöht in der Fertigung die Wahrscheinlichkeit einer regelmäßigen Anwendung und stabilisiert den Produktionsverlauf. Wird über den gesamten Produktionsprozess häufiger eingegriffen, kann die Qualität der gesamten Fertigung deutlich sicherer innerhalb der Toleranzvorgaben gehalten werden. Das Qualitätsniveau wird so insgesamt angehoben.
