Messen und Prüfen direkt im Fertigungsprozess

Forschung und Entwicklung im Geschäftsfeld Mess- und Prüftechnik

Geometrieprüfung von Profilen

Geradheitsprüfung profilierter Materialien

Profilierte Halbzeuge und Konstruktionsprofile mit verschiedensten Querschnittsformen und Abmessungen finden in der Fertigungstechnik eine breite Anwendung. Sie bilden das Ausgangsmaterial für die Konstruktion vieler Produkte. Die Profile werden in der Regel durch Walzen und Ziehen oder im Extrusionsverfah­ren hergestellt. Neben Form- und Maßtoleranzen des Profilquerschnitts sind auf die Längsachse bezogene Größen wie Geradheit und Torsion wichtige Kriterien zur Bewertung der Produktqualität.

Für die Prüfung von Maß- und Formtoleranzen profilierter Materialien wurde am Fraunhofer IFF eine berührungslos arbeitende Messtechnologie entwickelt, welche eine fertigungsintegrierte Qualitätsprüfung ermöglicht. Neben Parametern wie Geradheit und Torsion können Form- und Maßtoleranzen des Profilquerschnitts vollautomatisiert geprüft werden.

Die Technologie eignet sich für die Realisierung aufgabenspezifisch angepasster, optisch berührungslos arbeitender Messsysteme, welche direkt in der Fertigungslinie integriert werden können. Eine schnelle Bereitstellung der Prüfergebnisse ermöglicht eine unmittelbare Prozessrückkopplung und eine lückenlose Qualitätsprüfung.

Messtechnologie

Die Prüfung profilierter Materialien wird in zwei Schritten durchgeführt. Zuerst erfolgt eine 3D-Digitalisie­rung relevanter Bereiche der Profiloberfläche. Im zweiten Schritt werden die Daten ausgewertet und die Geometrieparameter bestimmt:

Digitalisierung

Für die Digitalisierung der Profiloberfläche kommt das Laserlichtschnittverfahren zum Einsatz. In Abhängigkeit von der Form des Profilquerschnitts werden Kamera-Laser-Anordnungen zu Lichtschnittsensoren konfiguriert, welche die Bauteiloberfläche linienhaft abtasten. Die Bewegung der Sensoreinheit erfolgt mittels einer Lineareinheit in Richtung der Profillängsachse. In äquidistanten Abständen wird jeweils ein Profilquerschnitt erfasst.

Scanbewegung und Achsfehlerkorrektur

Für die Führung der Sensoreinheit entlang des Profils ist eine präzise Linearbewegung wichtig, da Abweichungen direkt in das Messergebnis eingehen. Um auf hochpräzise und teure Linearführungen verzichten zu können setzt der Lösungsansatz auf eine Kombination aus einer einfachen Linearachse kombiniert mit einem zusätzlichen optischen Messsystem, welches die Abweichungen von der idealen linearen Bewegungsbahn erfasst und damit eine Achsfehlerkorrektur ermöglicht.

Messdatenauswertung und Geometriemerkmalsbestimmung

Die Basis der Messauswertung bilden 3D-Daten in Form einer Folge von Profilschnitten entlang der Profilachse. Die Profilschnitte werden durch Transformation der Einzelsensordaten in ein gemeinsames Koordinatensystem und eine Projektion in die Profilquerschnittsebene bestimmt. Nachfolgend können durch Approximation geometrischer Primitive geeigneter Referenzgeometrieelemente in den 3D-Daten bestimmt werden. Aus diesen Informationen lassen sich Maß- und Formabweichungen der Profilquerschnittsform oder, durch eine  Betrachtung von Referenzgeometriemerkmalen entlang der Profillängsachse, Formabweichungen wie Geradheit und Torsion berechnen.

Die industrielle Tauglichkeit der Technologie konnte durch verschiedene bereits realisierter Systemlösungen nachgewiesen werden.