Neuigkeiten - Kompletter Leitfaden für KMG-Maschinen und Messungen

Was ist eine KMG-Maschine?

Stellen Sie sich eine CNC-Maschine vor, die hochautomatisiert und äußerst präzise Messungen durchführen kann. Genau das leisten KMG-Maschinen!

CMM steht für „Koordinatenmessgerät“. Sie sind möglicherweise die ultimativen 3D-Messgeräte, was die Kombination aus Flexibilität, Genauigkeit und Geschwindigkeit angeht.

Anwendungen von Koordinatenmessgeräten

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

Typischerweise werden KMGs zur Inspektion und Qualitätskontrolle eingesetzt. Das heißt, sie werden verwendet, um zu überprüfen, ob das Teil den Anforderungen und Spezifikationen des Designers entspricht.

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

Wer hat KMG-Maschinen erfunden?

Die ersten Koordinatenmessgeräte wurden in den 1950er Jahren von der schottischen Ferranti Company entwickelt. Sie wurden für die Präzisionsmessung von Teilen in der Luft- und Raumfahrt sowie der Rüstungsindustrie benötigt. Die allerersten Maschinen verfügten lediglich über zwei Bewegungsachsen. Dreiachsige Maschinen wurden in den 1960er Jahren von der italienischen DEA eingeführt. Die Computersteuerung kam Anfang der 1970er Jahre auf und wurde von Sheffield in den USA eingeführt.

Arten von KMG-Maschinen

Es gibt fünf Arten von Koordinatenmessgeräten:

Brücken-KMG: Bei dieser gängigsten Konstruktion läuft der KMG-Kopf auf einer Brücke. Eine Seite der Brücke läuft auf einer Schiene auf dem Bett, die andere Seite wird auf einem Luftkissen oder auf andere Weise ohne Führungsschiene auf dem Bett abgestützt.
Cantilever-KMG: Der Cantilever stützt die Brücke nur auf einer Seite.
Portal-KMG: Das Portal verwendet auf beiden Seiten eine Führungsschiene, ähnlich wie ein CNC-Fräser. Dies sind in der Regel die größten KMGs und benötigen daher zusätzliche Unterstützung.
Horizontalarm-KMG: Stellen Sie sich einen Ausleger vor, bei dem sich die gesamte Brücke auf dem einzelnen Arm auf und ab bewegt und nicht um die eigene Achse. Diese KMGs sind am ungenauesten, können aber große, dünne Bauteile wie Autokarosserien messen.
Tragbares Koordinatenmessgerät mit Arm: Diese Maschinen verwenden Gelenkarme und werden in der Regel manuell positioniert. Anstatt die XYZ-Achse direkt zu messen, berechnen sie die Koordinaten aus der Drehposition jedes Gelenks und der bekannten Länge zwischen den Gelenken.

Jeder hat Vor- und Nachteile, abhängig von der Art der durchzuführenden Messungen. Diese Typen beziehen sich auf die Struktur der Maschine, die zur Positionierung ihrerSonderelativ zum zu messenden Teil.

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

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

Sonden werden normalerweise dreidimensional positioniert – X, Y und Z. Bei anspruchsvolleren Maschinen kann der Sondenwinkel jedoch auch verändert werden, sodass Messungen an Stellen möglich sind, die die Sonde sonst nicht erreichen könnte. Drehtische können auch verwendet werden, um die Annäherung an verschiedene Merkmale zu verbessern.

KMGs werden oft aus Granit und Aluminium hergestellt und verwenden Luftlager

Die Sonde ist der Sensor, der bei einer Messung ermittelt, wo sich die Oberfläche des Teils befindet.

Zu den Sondentypen gehören:

Mechanisch
Optisch
Laser
Weißes Licht

Koordinatenmessgeräte werden im Wesentlichen auf drei Arten eingesetzt:

Qualitätskontrollabteilungen: Hier werden sie normalerweise in klimatisierten Reinräumen aufbewahrt, um ihre Präzision zu maximieren.
Werkstatt: Hier sind Koordinatenmessgeräte zwischen den CNC-Maschinen installiert, um Inspektionen in einer Fertigungszelle mit minimalem Weg zwischen Koordinatenmessgerät und der Maschine, an der die Teile bearbeitet werden, zu vereinfachen. Dadurch können Messungen früher und möglicherweise häufiger durchgeführt werden, was zu Einsparungen führt, da Fehler früher erkannt werden.
Tragbar: Tragbare Koordinatenmessgeräte lassen sich leicht transportieren. Sie können in der Werkstatt eingesetzt oder auch an einen anderen Standort als die Produktionsstätte gebracht werden, um Teile vor Ort zu messen.

Wie genau sind KMG-Maschinen (KMG-Genauigkeit)?

Die Genauigkeit von Koordinatenmessgeräten variiert. Im Allgemeinen wird eine Genauigkeit im Mikrometerbereich oder besser angestrebt. Doch so einfach ist es nicht. Zum einen kann der Fehler von der Größe abhängen, sodass der Messfehler eines Koordinatenmessgeräts als kurze Formel angegeben werden kann, die die Länge der Messung als Variable enthält.

Beispielsweise wird das Global Classic CMM von Hexagon als preisgünstiges Allzweck-CMM aufgeführt und seine Genauigkeit wird wie folgt angegeben:

1,0 + L/300 µm

Diese Messungen erfolgen in Mikrometern und L wird in mm angegeben. Nehmen wir also an, wir versuchen, die Länge eines 10 mm langen Merkmals zu messen. Die Formel lautet: 1,0 + 10/300 = 1,0 + 1/30 oder 1,03 Mikrometer.

Ein Mikron ist ein Tausendstel Millimeter, also etwa 0,00003937 Zoll. Der Fehler bei der Messung unserer 10-mm-Länge 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 oder 0,00005 Zoll vertrauen können. Immer noch ein ziemlich kleiner Fehler.

Bei KMG-Messungen in der Fertigung wird es noch schwieriger. Ein KMG in einem temperaturgeregelten Prüflabor ist zwar hilfreich, doch in der Fertigung können die Temperaturen stark schwanken. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie ein KMG Temperaturschwankungen kompensieren kann, aber keine davon ist perfekt.

Hersteller von Koordinatenmessgeräten geben die Genauigkeit häufig für einen bestimmten Temperaturbereich an. Gemäß der Norm ISO 10360-2 für Koordinatenmessgeräte liegt ein typischer Bereich bei 18–22 °C (64–72 °F). Das ist in Ordnung, es sei denn, in Ihrer Werkstatt herrschen im Sommer Temperaturen von 30 °C. Dann haben Sie keine gute Spezifikation für den Fehler.

Einige Hersteller bieten verschiedene Stufen oder Temperaturbereiche mit unterschiedlichen Genauigkeitsspezifikationen an. Was passiert jedoch, wenn die gleiche Teileserie zu unterschiedlichen Tageszeiten oder Wochentagen in mehreren Bereichen liegt?

Man muss zunächst ein Unsicherheitsbudget erstellen, das Worst Cases berücksichtigt. Wenn diese Worst Cases zu inakzeptablen Toleranzen für Ihre Teile führen, sind weitere Prozessänderungen erforderlich:

Sie können die Verwendung von CMM auf bestimmte Tageszeiten beschränken, wenn die Temperaturen in günstigere Bereiche fallen.
Sie können festlegen, dass Teile oder Merkmale mit geringeren Toleranzen nur zu bestimmten Tageszeiten bearbeitet werden.
Bessere KMGs verfügen möglicherweise über bessere Spezifikationen für Ihre Temperaturbereiche. Sie können sich lohnen, auch wenn sie deutlich teurer sein können.

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

Sie können sehen, wie diese ganze Messsache ziemlich kompliziert wird.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Festlegung der Toleranzen, die von KMGs geprüft werden sollen. Der Goldstandard ist die geometrische Bemaßung und Tolerierung (GD&T). Besuchen Sie unseren Einführungskurs zu GD&T, um mehr zu erfahren.

CMM-Software

Auf Koordinatenmessgeräten laufen verschiedene Arten von Software. Der Standard heißt DMIS (Dimensional Measurement Interface Standard). Obwohl es nicht die wichtigste Softwareschnittstelle aller Koordinatenmessgerätehersteller ist, unterstützen die meisten sie zumindest.

Hersteller haben ihre eigenen einzigartigen Varianten entwickelt, um Messaufgaben hinzuzufügen, die von DMIS nicht unterstützt werden.

DMIS

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

PC-DMIS: Hexagons Version
OpenDMIS
TouchDMIS: Perzeptron

MCOSMOS

MCOSTMOS ist die CMM-Software von Nikon.

Calypso

Calypso ist eine CMM-Software von Zeiss.

CMM- und CAD/CAM-Software

Welche Beziehung besteht zwischen CMM-Software und -Programmierung und CAD/CAM-Software?

Es gibt viele verschiedene CAD-Dateiformate. Prüfen Sie daher, mit welchen Ihre KMG-Software kompatibel ist. Die ultimative Integration heißt Model Based Definition (MBD). Mit MBD können aus dem Modell selbst Abmessungen für das KMG extrahiert werden.

MDB ist eine hochmoderne Technologie, wird daher in den meisten Fällen noch nicht verwendet.

KMG-Sonden, -Vorrichtungen und -Zubehör

KMG-Sonden

Es stehen verschiedene Sondentypen und -formen zur Verfügung, um viele verschiedene Anwendungen zu ermöglichen.

KMG-Vorrichtungen

Vorrichtungen sparen beim Be- und Entladen von Teilen auf einem Koordinatenmessgerät Zeit, genau wie bei einer CNC-Maschine. Es gibt sogar Koordinatenmessgeräte mit automatischen Palettenladern, um den Durchsatz zu maximieren.