Ein speziell entwickelter Greifroboter, der für alle Bauformen gleichermaßen geeignet ist, legt das Teil ohne es zu verformen im Messbereich ab.
Für die Paarung von Lagern und Kugeln ist eine hohe Genauigkeit bei der Kontrolle erforderlich. Um Kosten durch fehlerhafte Chargen zu reduzieren, bringt Mesure-Systems-3D ein Inline-Prüfsystem speziell für Kugellager auf den Markt.
Der Takt für die Herstellung von Kugellagern liegt zwischen ein und zwei Sekunden. Diese Geschwindigkeit muss auch die Prüfmaschine – bei gleichzeitiger Einhaltung der geforderten Genauigkeit – selbst unter widrigen Umgebungsbedingungen, wie sie in der Produktion herrschen, halten können. Deshalb wurden für das neue Prüfsystem von Mesure-Systems-3D verschiedene Veränderungen an der bewährten RingInspection-Maschine vorgenommen, die gewissermaßen die Grundarchitektur der Weiterentwicklung für Kugellager darstellt.
Bisher konnte damit nur die Geometrie überprüft werden; Formdefekte hingegen blieben unentdeckt, da die Maschine zwar in der Lage war, die Gestalt der Kugel zu erkennen, aber den Durchmesser nicht gleichermaßen gut erfassen konnte. Damit die Kugel später perfekt ins Lager passt, muss jedoch der Torus genau stimmen. Die Toleranz liegt dabei zwischen zwei und drei Mikrometer, wobei die Reproduzierbarkeit der Messergebnisse nach Herstellervorgabe eine Ungenauigkeit von 0,1 bis höchsten 0,3 µm nicht überschreiten darf.
Total Abweichung von 0,3 bs 0,5 µm
Mit dem 3D-Inline-Prüfsystem werden mittels Laserlinien-Triangulation sowohl die absolute Geometrie als auch Formdefekte reproduzierbar getestet.
Die Geometriemessung ist deshalb von so großer Bedeutung, weil die Lager in Klassen mit einem Abstand von einem bis 1,5 Mikrometer sortiert werden. Liegt die totale Abweichung über 0,5 µm, besteht die Gefahr, dass die dazugehörige Kugel nicht passgenau darin laufen kann.
Mit dem neuen System, das Anfang 2015 auf den Markt kam, können sowohl die absolute Geometrie als auch Formdefekte reproduzierbar mit einer totalen Abweichung von 0,3 bis 0,5 µm getestet werden.
Um diese engen Toleranzen einhalten zu können, werden die Teile so fixiert, dass Winkel und Abstand des Sensors zum Teil verändert werden können, statt dass die Sensoren wie bisher ihre feste Position beibehalten. Dafür muss jeder Sensor zuvor mit einem entsprechenden Masterteil kalibriert werden. Die Messung selbst erfolgt kontinuierlich über 360° mittels Laserlinien-Triangulation über die chromatisch kodierte konfokale Abstandsmessung.
Hintergrundinformation
Das Unternehmen Mesure-Systems-3D
Mesure-Systems-3D wurde 2010 von Dr. Marc Rosenbaum und Didier Le Néel gegründet, um auf die steigende Nachfrage nach einer industriellen Null-Fehler-Produktion zu reagieren. Das Angebot umfasst automatische Messgeräte für die vollständige dreidimensionale Prüfung komplexer Geometrien, die in die Fertigungslinien von Großserien integriert werden. Die 3D-Prüfung verschiedener Industrieteile erfolgt in Zyklen von einer Sekunde oder weniger und liefert Ergebnisse, deren Präzision im Bereich zwischen 0,1 und zehn Mikrometern liegt. Mittlerweile hat das Unternehmen mehr als 30 3D-Inline-Prüfsysteme konzipiert, entwickelt und installiert. Hauptabnehmer sind Automobilzulieferer der ersten und zweiten Reihe, darunter auch Bosch, Delphi und Valeo. Weitere Aufträge kommen aus der Waffenindustrie, aus dem Bereich Maschinenbau, von Flugzeugherstellern sowie aus der Feinmechanischen- und der Halbleiterindustrie. Die Firma beschäftigt derzeit 20 Mitarbeiter und erzielte 2013 einen Umsatz von 1,9 Millionen Euro.
Typischerweise werden für die Prüfung von Kugellagern drei oder vier Sensoren verbaut, über die etwa 20 Millionen Datenpunkte gewonnen werden können. Während sich der Prüfling dreht, wird die Punktewolke, die die Sensoren generieren, mit den Referenzwerten verglichen, wobei die Ungenauigkeit unter einem Mikrometer liegen sollte.
Darüber lassen sich Innen- und Außengewinde auf ihren Durchmesser und ihre Parallelität hin untersuchen sowie weitere Kennwerte für Formdefekte, Ovalität, Konizität beziehungsweise Koaxialität der Spuren abfragen.
Pro Vorgang werden knapp über 20 Millionen Datenpunkte, die über die Sensoren gewonnen werden, gesammelt. So wird etwa der Durchmesser der Kugellager und die Parallelität der Spuren geprüft.
Eine weitere Neuerung ist die große Flexibilität, die die überarbeitete RingInspection-Maschine bietet. So kann sie nicht nur für eine große Anzahl verschiedener Teile ausgelegt werden, es können sogar – ganz ohne Veränderungen an der Maschine beim Laden oder Entladen der Teile vorzunehmen – ringförmige Teile zwischen 20 bis 40 Millimeter vermessen werden, da mit der Software neben teilespezifischen Prüfprogrammen auch verschiedene Parameter für homothetische Teile eingegeben werden können.
Teile gleichzeitig laden
Der gesamte Prüfvorgang läuft vollautomatisch ab. Parallel wird ein Bericht für die Dokumentation erstellt.
Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, mehrere Teile gleichzeitig zu laden. Durch den speziell entwickelten Greifroboter, der keinerlei Druck ausübt und für alle Bauformen gleichermaßen geeignet ist, werden dabei auch kleinste Teile nicht verformt.
Die Konzeption des hochpräzisen Messsystems erfordert keine genaue Positionierung des Teils im Messbereich. Es ruht nur aufgrund seines Eigengewichts auf einem kleinen Dreifuß, auf dem es der Roboter ablegt. Das Handling erfordert ein bis zwei Sekunden, die Messung selbst ist innerhalb von einer Sekunde abgeschlossen.
Der gesamte Vorgang läuft vollautomatisch ab, parallel dazu wird ein Bericht erstellt, der etwa zu Dokumentationszwecken herangezogen werden kann. Die Maschine kalibriert sich in regelmäßigen Abständen selbst und wurde dafür ausgelegt, 365 Tage im Jahr rund um die Uhr zu arbeiten. Sie ist ergonomisch gestaltet, um die Bedienung und eventuelle Wartungsarbeiten so einfach und angenehm wie möglich zu machen.
Fazit: Durch die fertigungsbegleitende Prüfung ergeben sich für den Hersteller von Kugellagern direkte Vorteile, da der Ausschuss und die Nachbearbeitungszeit abnehmen, die Personalkosten sinken und weniger Teile nach der Endmontage aussortiert werden müssen. Auch die Zahl der Reklamationen sowie die damit verbundenen Kosten gehen zurück.
Autorin: Bettine Kuhnert, freie Journalistin für Mesure Systems 3D