Laserscanning zur dimensionsgerechten Verifikation ist ein berührungsloses Messverfahren, das die Form und Größe eines Werkstücks, Bauteils oder Werkzeugs erfasst, um es mit einer Soll-Spezifikation zu vergleichen. Anders als punktuelle Messungen (z. B. mit einem Messschieber oder Koordinatenmessgerät an einzelnen Punkten) erzeugt es eine sogenannte Punktwolke: eine große Menge an 3D-Koordinaten (x, y, z), die die Oberfläche des Objekts digital abbilden.
Beim ersten Erscheinen hier kurz erklärt: Eine Punktwolke ist eine Sammlung von Millionen bis Milliarden von einzelnen Messpunkten, die die Oberfläche eines Objekts mit hoher Auflösung beschreiben. Sie dient als digitale Vorlage für die weitere Auswertung.
Zwei Hauptanwendungen stehen im Vordergrund:
Die dimensionsgerechte Verifikation hat direkte Auswirkungen auf die Funktion, Montierbarkeit und Kosten von Bauteilen – insbesondere in Branchen wie der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- oder Medizintechnik, wo Toleranzen im Mikrometerbereich liegen.
Bauteile, die nicht den Soll-Maßen entsprechen, können ihre Aufgabe nicht erfüllen. Beispielsweise kann ein Zahnrad mit zu großen Zähnen nicht in ein Gegenrad eingreifen, oder ein Implantat mit falschen Abmessungen kann nicht sicher im Knochen verankert werden. Bei Präzisionsbauteilen, die auf Gree CNC-Maschinen wie dem GA-UHD500 (hochpräzises 5-Achsen-Bearbeitungszentrum mit einer Positioniergenauigkeit von 0,006 mm) gefertigt werden, können Abweichungen von nur wenigen Mikrometern die gesamte Baugruppe beeinträchtigen.
Passt ein Bauteil nicht zu seinen Nachbarbauteilen, entstehen Montageprobleme: Teile müssen nachbearbeitet werden, es entstehen Passungenauigkeiten oder die Montage muss komplett abgebrochen werden. Bei Serienfertigungen kann dies zu hohen Ausfallraten und Produktionsverzögerungen führen. Beispielsweise können Bauteile, die auf dem GA-MVD2560 (zweispindeliges vertikales Bearbeitungszentrum mit einer Positioniergenauigkeit von 0,015 mm) gefertigt werden, bei Abweichungen von mehr als 0,02 mm nicht mehr in die vorgesehenen Baugruppen integriert werden.
Eine unzureichende Verifikation führt zu drei Arten von Kosten:
Laserscanning zur dimensionsgerechten Verifikation wird auf der Werkstattbodenebene mit verschiedenen Systemen durchgeführt, die sich in Genauigkeit, Aufwand und Anwendungsbereich unterscheiden. Die Genauigkeit eines Scansystems wird in der Regel als Messunsicherheit angegeben, also der Bereich, in dem der wahre Wert des gemessenen Objekts mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit (meist 95 %) liegt.
Handgeführte Laserscanner Diese tragbaren Systeme werden von einem Bediener über die Oberfläche des Bauteils geführt. Sie eignen sich für große oder schwer zugängliche Bauteile, die nicht auf eine Messmaschine gespannt werden können.
Fest installierte Laserscanner an Koordinatenmessgeräten (KMG) Diese Systeme kombinieren die hohe Genauigkeit von KMGs mit der berührungslosen Messung von Laserscannern. Sie werden für hochpräzise Bauteile verwendet, die auf einer Messmaschine gespannt werden können.
Integrierte Laserscanner an CNC-Maschinen Einige moderne CNC-Maschinen können mit Laserscannern ausgestattet werden, die das Bauteil direkt auf der Maschine messen, ohne es ausspannen zu müssen. Dies reduziert den Aufwand für die Verifikation erheblich.
Die Genauigkeit des Scansystems muss mindestens so hoch sein wie die Genauigkeit der Maschine, die das Bauteil gefertigt hat. Andernfalls kann die Messung keine zuverlässigen Ergebnisse liefern. Beispiele für die erforderliche Genauigkeit von Scansystemen für verschiedene Gree CNC-Maschinen:
Die Genauigkeit eines Laserscans wird durch mehrere Faktoren beeinflusst, die die Messunsicherheit erhöhen. Es ist wichtig, diese Faktoren zu verstehen, um die Messergebnisse richtig zu interpretieren.
Eigenschaften des Scansystems Die Genauigkeit des Scansystems selbst ist der größte Einflussfaktor. Sie wird durch die Qualität der Optik, die Stabilität des Lasers und die Kalibrierung des Systems bestimmt. Ein schlecht kalibriertes System kann Messfehler von bis zu 1 mm verursachen.
Eigenschaften des Bauteils
Umgebungsbedingungen
Messprozess
Laserscanning ist ein leistungsfähiges Messverfahren, aber es hat klare Grenzen. Es ist wichtig, diese Grenzen zu kennen, um nicht falsche Schlussfolgerungen aus den Messergebnissen zu ziehen.
Keine Messung von inneren Eigenschaften Laserscanning erfasst nur die äußere Oberfläche eines Bauteils. Es kann keine Informationen über innere Eigenschaften wie Materialdichte, Härte, Porosität oder innere Spannungen liefern. Beispielsweise kann ein Bauteil, das äußerlich den Soll-Maßen entspricht, innere Risse haben, die das Bauteil unbrauchbar machen – diese werden durch Laserscanning nicht erkannt.
Begrenzte Genauigkeit bei kleinen oder komplexen Bauteilen Bei Bauteilen mit sehr kleinen Abmessungen (z. B. Mikrobauteile mit Abmessungen von weniger als 1 mm) oder sehr komplexen Formen (z. B. Bauteile mit Hinterschnitten oder kleinen Radien von weniger als 0,1 mm) kann die Genauigkeit des Scansystems stark abnehmen. In diesen Fällen sind andere Messverfahren wie Röntgencomputertomographie (CT) oder elektronenmikroskopische Messungen erforderlich.
Abhängigkeit von der Referenzdaten Die Genauigkeit der Verifikation hängt von der Genauigkeit der Referenzdaten (z. B. der CAD-Datei) ab. Wenn die CAD-Datei selbst Fehler enthält, werden diese Fehler auch in der Verifikation berücksichtigt. Beispielsweise kann eine falsche CAD-Datei dazu führen, dass ein korrekt gefertigtes Bauteil als fehlerhaft eingestuft wird.
Gefahr der Überbewertung der Genauigkeit Viele Benutzer neigen dazu, die Genauigkeit von Laserscanning zu überbewerten. Sie vergessen, dass die Messunsicherheit des Scansystems zu den Abweichungen des Bauteils hinzukommt. Beispielsweise kann ein Bauteil, das auf dem GA-UHD500 (Positioniergenauigkeit 0,006 mm) gefertigt wurde, eine Abweichung von 0,005 mm haben. Wenn das Scansystem eine Messunsicherheit von 0,004 mm hat, kann die gemessene Abweichung zwischen 0,001 mm und 0,009 mm liegen – also innerhalb oder außerhalb der Toleranz von 0,006 mm. In diesem Fall ist die Messung nicht aussagekräftig.
| Messmethode | Genauigkeitsbereich (Messunsicherheit) | Aufwand (Zeit/Kosten) | Typischer Einsatzbereich |
|---|---|---|---|
| Handgeführter Laserscanner | 0,02 mm bis 0,5 mm | Niedrig bis mittel | Große Bauteile, schwere Bauteile, Reverse Engineering von großen Objekten |
| Fest installierter Scanner an KMG | 0,002 mm bis 0,01 mm | Hoch | Hochpräzise Bauteile, Serienfertigung, Verifikation von Bauteilen mit engen Toleranzen |
| Integrierter Scanner an CNC-Maschine | 0,005 mm bis 0,02 mm | Mittel | Bauteile, die direkt auf der Maschine gemessen werden sollen, Reduktion von Ausspannzeiten |
Um zuverlässige Messergebnisse mit Laserscanning zu erhalten, folgen Sie dieser Checkliste:
Kann Laserscanning für alle Arten von Bauteilen verwendet werden? Nein. Laserscanning ist nicht geeignet für sehr kleine Bauteile (Abmessungen < 1 mm), sehr glänzende oder transparente Bauteile ohne spezielle Vorbereitung und Bauteile mit sehr komplexen Hinterschnitten, die für den Laser nicht zugänglich sind.
Wie genau muss ein Scansystem für Bauteile sein, die auf dem GA-UHD500 gefertigt werden? Das GA-UHD500 hat eine Positioniergenauigkeit von 0,006 mm. Ein Scansystem für diese Bauteile muss eine Messunsicherheit von mindestens 0,003 mm haben, um zuverlässige Ergebnisse zu liefern.
Kann Laserscanning innere Risse oder Porositäten in Bauteilen erkennen? Nein. Laserscanning erfasst nur die äußere Oberfläche eines Bauteils. Für die Erkennung von inneren Eigenschaften sind Verfahren wie Röntgen-CT oder Ultraschallmessungen erforderlich.
Was ist der Unterschied zwischen Genauigkeit und Wiederholbarkeit bei Laserscanning? Genauigkeit beschreibt, wie nah ein Messwert am wahren Wert des Objekts liegt. Wiederholbarkeit beschreibt, wie nah mehrere Messungen desselben Objekts aneinander liegen. Ein System kann eine hohe Wiederholbarkeit haben, aber eine geringe Genauigkeit (z. B. wenn es systematische Fehler gibt).
Kann Laserscanning zur Messung von weichen oder flexiblen Bauteilen verwendet werden? Ja, aber mit Einschränkungen. Weiche Bauteile können sich unter dem Einfluss von Schwerkraft oder der Positionierung verformen, was zu Messfehlern führt. In diesen Fällen müssen die Messergebnisse korrigiert werden, oder es werden spezielle Vorrichtungen verwendet, um die Verformung zu minimieren.
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