Neuigkeiten – Vollständiger Leitfaden für Koordinatenmessgeräte und Messungen

Was ist eine Koordinatenmessmaschine?

Stellen Sie sich eine CNC-Maschine vor, die extrem präzise Messungen hochautomatisiert durchführen kann. Genau das leisten Koordinatenmessgeräte (KMG)!

CMM steht für „Koordinatenmessmaschine“. Sie sind wohl die ultimativen 3D-Messgeräte, wenn man die Kombination aus Flexibilität, Genauigkeit und Geschwindigkeit betrachtet.

Anwendungsbereiche von Koordinatenmessgeräten

Koordinatenmessgeräte sind immer dann wertvoll, wenn präzise Messungen erforderlich sind. Je komplexer oder zahlreicher die Messungen sind, desto vorteilhafter ist der Einsatz eines Koordinatenmessgeräts.

Typischerweise werden Koordinatenmessgeräte (KMG) zur Inspektion und Qualitätskontrolle eingesetzt. Das heißt, sie dienen dazu, zu überprüfen, ob das Bauteil den Anforderungen und Spezifikationen des Konstrukteurs entspricht.

Sie können auch verwendet werden, umReverse Engineeringvorhandene Teile durch genaue Vermessung ihrer Merkmale.

Wer hat die Koordinatenmessmaschinen erfunden?

Die ersten Koordinatenmessgeräte (KMG) wurden in den 1950er-Jahren von der schottischen Firma Ferranti entwickelt. Sie wurden für die Präzisionsvermessung von Bauteilen in der Luft- und Raumfahrt- sowie der Verteidigungsindustrie benötigt. Die ersten Maschinen besaßen lediglich zwei Bewegungsachsen. Dreiachsige KMG wurden in den 1960er-Jahren von DEA (Italien) eingeführt. Die Computersteuerung folgte Anfang der 1970er-Jahre und wurde von Sheffield (USA) eingeführt.

Arten von Koordinatenmessgeräten

Es gibt fünf Arten von Koordinatenmessgeräten:

Brücken-Koordinatenmessgerät: Bei dieser Bauart, der gebräuchlichsten, ist der Messkopf des Koordinatenmessgeräts auf einer Brücke montiert. Eine Seite der Brücke gleitet auf einer Schiene auf dem Messtisch, die andere Seite wird ohne Führungsschiene auf einem Luftkissen oder einer anderen Vorrichtung auf dem Messtisch abgestützt.
Kragarm-Koordinatenmessgerät: Der Kragarm stützt die Brücke nur auf einer Seite.
Portal-Koordinatenmessgerät: Das Portal-Koordinatenmessgerät verwendet, ähnlich wie eine CNC-Fräse, eine Führungsschiene auf beiden Seiten. Da es sich hierbei typischerweise um die größten Koordinatenmessgeräte handelt, benötigen sie diese zusätzliche Unterstützung.
Horizontalarm-Koordinatenmessgerät: Stellen Sie sich einen Kragarm vor, bei dem sich die gesamte Brücke entlang des einzelnen Arms auf und ab bewegt, anstatt um ihre eigene Achse. Diese Koordinatenmessgeräte sind zwar am wenigsten genau, eignen sich aber zur Messung großer, dünnwandiger Bauteile wie beispielsweise Karosserien.
Tragbare Koordinatenmessgeräte mit Gelenkarm: Diese Maschinen verwenden Gelenkarme und werden typischerweise manuell positioniert. Anstatt die XYZ-Koordinaten direkt zu messen, berechnen sie diese aus der Drehposition jedes Gelenks und dem bekannten Abstand zwischen den Gelenken.

Jede dieser Methoden hat je nach Art der durchzuführenden Messungen Vor- und Nachteile. Diese Arten beziehen sich auf die Maschinenstruktur, die zur Positionierung verwendet wird.Sondeim Verhältnis zum zu messenden Teil.

Hier ist eine praktische Tabelle, die Ihnen hilft, die Vor- und Nachteile zu verstehen:

CMM-Typ	Genauigkeit	Flexibilität	Am besten geeignet zum Messen
Brücke	Hoch	Medium	Mittelgroße Bauteile, die eine hohe Genauigkeit erfordern
Ausleger	Höchste	Niedrig	Kleinere Bauteile, die eine sehr hohe Genauigkeit erfordern
Horizontalarm	Niedrig	Hoch	Große Bauteile, die eine geringe Genauigkeit erfordern
Portal	Hoch	Medium	Große Bauteile, die eine hohe Genauigkeit erfordern
Tragbarer Armtyp	Niedrigster	Höchste	Wenn Portabilität das absolut wichtigste Kriterium ist.

Die Messspitzen werden üblicherweise in drei Dimensionen – X, Y und Z – positioniert. Modernere Geräte ermöglichen jedoch auch die Veränderung des Messspitzenwinkels, wodurch Messungen an Stellen möglich werden, die mit der Messspitze sonst nicht erreichbar wären. Drehtische können ebenfalls eingesetzt werden, um die Zugänglichkeit verschiedener Merkmale zu verbessern.

Koordinatenmessgeräte (KMG) bestehen häufig aus Granit und Aluminium und verwenden Luftlager.

Die Sonde ist der Sensor, der ermittelt, wo sich die Oberfläche des Bauteils befindet, wenn eine Messung durchgeführt wird.

Zu den Sondentypen gehören:

Mechanisch
Optische
Laser
Weißes Licht

Koordinatenmessgeräte werden im Wesentlichen auf drei Arten eingesetzt:

Abteilungen für Qualitätskontrolle: Hier werden sie typischerweise in klimatisierten Reinräumen aufbewahrt, um ihre Präzision zu maximieren.
Fertigungshalle: Hier befinden sich die Koordinatenmessgeräte (KMG) direkt neben den CNC-Maschinen, um die Durchführung von Inspektionen innerhalb einer Fertigungszelle zu vereinfachen. Der Weg zwischen KMG und der Maschine, an der die Teile bearbeitet werden, ist dabei minimal. Dadurch können Messungen früher und potenziell häufiger durchgeführt werden, was zu Kosteneinsparungen führt, da Fehler frühzeitig erkannt werden.
Tragbar: Tragbare Koordinatenmessgeräte (KMG) sind leicht zu transportieren. Sie können in der Fertigungshalle oder sogar an einem vom Produktionsstandort entfernten Ort eingesetzt werden, um Teile vor Ort zu vermessen.

Wie genau sind Koordinatenmessgeräte (KMG-Genauigkeit)?

Die Genauigkeit von Koordinatenmessgeräten (KMG) variiert. Im Allgemeinen wird eine Präzision im Mikrometerbereich oder besser angestrebt. Ganz so einfach ist es jedoch nicht. Zum einen kann der Fehler von der Größe abhängen, weshalb der Messfehler eines KMG oft durch eine kurze Formel angegeben wird, die die Messlänge als Variable berücksichtigt.

Hexagons Global Classic CMM wird beispielsweise als preiswertes Allzweck-Koordinatenmessgerät aufgeführt und seine Genauigkeit wie folgt spezifiziert:

1,0 + L/300µm

Diese Maße werden in Mikrometern angegeben, L hingegen in Millimetern. Nehmen wir an, wir möchten die Länge eines 10 mm langen Merkmals messen. Die Formel lautet dann 1,0 + 10/300 = 1,0 + 1/30 oder 1,03 Mikrometer.

Ein Mikron ist ein Tausendstel Millimeter, was etwa 0,00003937 Zoll entspricht. Der Messfehler bei unserer 10 mm langen Strecke beträgt also 0,00103 mm oder 0,00004055 Zoll. Das ist weniger als ein halbes Zehntel – ein ziemlich kleiner Fehler!

Andererseits sollte die Genauigkeit zehnmal so hoch sein wie der zu messende Wert. Das bedeutet, dass wir dieser Messung nur bis zum Zehnfachen dieses Wertes, also 0,00005 Zoll, vertrauen können. Immer noch ein ziemlich kleiner Fehler.

Bei CMM-Messungen in der Fertigungshalle wird die Lage noch komplizierter. Befindet sich das CMM in einem temperaturkontrollierten Prüflabor, ist das zwar hilfreich, doch in der Fertigungshalle können die Temperaturen stark schwanken. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie ein CMM Temperaturschwankungen kompensieren kann, aber keine ist perfekt.

Hersteller von Koordinatenmessgeräten (KMG) geben die Genauigkeit häufig für einen Temperaturbereich an. Gemäß der Norm ISO 10360-2 für KMG-Genauigkeit liegt dieser typische Bereich bei 18–22 °C (64–72 °F). Das ist optimal, es sei denn, Ihre Produktionshalle hat im Sommer 30 °C (86 °F). Dann ist die Spezifikation für den Messfehler ungeeignet.

Manche Hersteller bieten Stufenmessbereiche oder Temperaturbänder mit unterschiedlichen Genauigkeitsspezifikationen an. Was aber passiert, wenn sich die Temperatur desselben Bauteils zu verschiedenen Tageszeiten oder an verschiedenen Wochentagen in mehr als einem Bereich befindet?

Man muss zunächst ein Unsicherheitsbudget erstellen, das auch Worst-Case-Szenarien berücksichtigt. Sollten diese Worst-Case-Szenarien zu inakzeptablen Toleranzen für die Bauteile führen, sind weitere Prozessänderungen erforderlich:

Sie können die Nutzung des Koordinatenmessgeräts auf bestimmte Tageszeiten beschränken, wenn die Temperaturen in günstigeren Bereichen liegen.
Sie können sich dafür entscheiden, Teile oder Merkmale mit geringeren Toleranzen nur zu bestimmten Tageszeiten zu bearbeiten.
Hochwertige Koordinatenmessgeräte (KMG) bieten möglicherweise bessere Spezifikationen für Ihre Temperaturbereiche. Sie können sich lohnen, auch wenn sie deutlich teurer sind.

Natürlich werden diese Maßnahmen Ihre Fähigkeit, Ihre Aufträge präzise zu planen, erheblich beeinträchtigen. Plötzlich denken Sie, dass eine bessere Klimatisierung der Produktionshalle eine lohnende Investition sein könnte.

Man kann sehen, wie kompliziert diese ganze Messsache werden kann.

Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Festlegung der Toleranzen für die Koordinatenmesstechnik (KMM). Der Goldstandard hierfür ist die geometrische Produktspezifikation (GPS). In unserem Einführungskurs zu GPS erfahren Sie mehr.

CMM-Software

Koordinatenmessgeräte (KMG) verwenden verschiedene Softwareprogramme. Der Standard heißt DMIS (Dimensional Measurement Interface Standard). Obwohl DMIS nicht die primäre Softwareschnittstelle aller KMG-Hersteller ist, unterstützen die meisten sie zumindest.

Um Messaufgaben zu ermöglichen, die von DMIS nicht unterstützt werden, haben die Hersteller ihre eigenen, einzigartigen Geschmacksrichtungen entwickelt.

DMIS

Wie bereits erwähnt, ist DMIS der Standard, aber ähnlich wie beim G-Code von CNC-Maschinen gibt es viele Dialekte, darunter:

PC-DMIS: Hexagons Version
OpenDMIS
TouchDMIS: Perceptron

MCOSMOS

MCOSTMOS ist die CMM-Software von Nikon.

Calypso

Calypso ist eine CMM-Software von Zeiss.

CMM- und CAD/CAM-Software

In welchem Verhältnis stehen CMM-Software und -Programmierung zu CAD/CAM-Software?

Es gibt viele verschiedene CAD-Dateiformate. Prüfen Sie daher, welche mit Ihrer Koordinatenmesssoftware kompatibel sind. Die optimale Integration wird als modellbasierte Definition (MBD) bezeichnet. Mit MBD kann das Modell selbst verwendet werden, um Maße für die Koordinatenmessmaschine zu extrahieren.

MDB ist ziemlich fortschrittlich, daher wird es noch nicht in den meisten Fällen eingesetzt.

CMM-Taster, Vorrichtungen und Zubehör

CMM-Taster

Für eine Vielzahl von Anwendungen stehen unterschiedliche Sondentypen und -formen zur Verfügung.

CMM-Vorrichtungen

Vorrichtungen sparen beim Be- und Entladen von Teilen auf einer Koordinatenmessmaschine (KMM) Zeit, genau wie auf einer CNC-Maschine. Es gibt sogar KMMs mit automatischen Palettenladern, um den Durchsatz zu maximieren.