- berührungslose Messung der Innendurchmesser-Ovalität
- berührungslose Messung von Objekten mit zwei Durchgangsbohrungen unterschiedlichen Durchmessers;
- Genauigkeit bis zu ±0,005 µm;
- Auflösung 6400 Punkte/Umdrehung.
- hochgenaue automatisierte Messungen von Bohrungen mit kleinem Durchmesser
- berührungslose Messung von Innen- und Außendurchmesser, Länge, Foliendicke und Schweißnahtbreite laminierter Rohre.
CNC-Bearbeitungszentren arbeiten in Toleranzbereichen, in denen eine Abweichung von wenigen Mikrometern darüber entscheidet, ob ein Teil die Prüfung besteht oder zu Ausschuss wird. Diese Präzision über eine komplette Produktionsschicht hinweg zu halten — unter Berücksichtigung von Temperaturdrift, Werkzeugverschleiß, Spindel-Rundlaufabweichung und Schwankungen der Aufspannung — erfordert mehr als regelmäßige manuelle Kontrollen. Es erfordert eine Messung, die direkt in den Bearbeitungsprozess integriert ist.
Riftek entwickelt Laser- und optische Messsysteme, die für die Integration in CNC-Maschinen konzipiert sind: von einzelnen Sensoren, die innerhalb des Arbeitsraums montiert werden, bis hin zu vollständigen Inline-Messstationen, die Maßdaten in Echtzeit an die Maschinensteuerung zurückführen.
Die Rolle der Messung im CNC-Prozess
Die Laser- und optische Messung in CNC-Umgebungen deckt drei verschiedene Prozessstufen ab.
Die Messung vor dem Prozess legt die Ausgangsbasis fest: Werkstückgeometrie, Vorrichtungsposition und Werkzeugparameter werden vor Beginn der Zerspanung überprüft. Dies eliminiert Einrichtungsfehler und stellt sicher, dass das Bearbeitungsprogramm auf Basis genauer Referenzdaten ausgeführt wird.
Die In-Prozess-Messung überwacht das Teil während der Bearbeitung. Innerhalb der Arbeitszone positionierte Sensoren erfassen Maßdaten zwischen den Arbeitsgängen und ermöglichen es dem Controller, Abweichungen vor dem nächsten Durchgang zu kompensieren. Dies ist besonders wertvoll bei mehrstufigen Arbeitsgängen an komplexen Komponenten, bei denen die Anhäufung kleiner Fehler über aufeinanderfolgende Aufspannungen ein bekanntes Risiko darstellt.
Die Nachprozessmessung führt die abschließende Maßprüfung des fertigen Teils durch, während es in der Vorrichtung verbleibt. Das Annehmen oder Ablehnen eines Teils an der Maschine — bevor es zur Koordinatenmessmaschine oder manuellen Prüfung übergeht — reduziert die Zykluszeit und ermöglicht sofortige Korrekturmaßnahmen, wenn eine Abweichung erkannt wird.
Messtechnologien
Die CNC-Messsysteme von Riftek basieren auf Lasertriangulation, 2D-Laserabtastung, 3D-Laserabtastung und optischen Mikrometertechnologien, ausgewählt und konfiguriert entsprechend der spezifischen Messaufgabe.
Laser-Triangulationssensoren messen Punktabstand oder Weg mit hoher Genauigkeit und schneller Reaktion — im Bereich von 2 mm bis 2,5 m, mit einem Messfehler von bis zu ±1 µm und einer Abtastfrequenz von bis zu 160 kHz. Montiert an der Spindel, einem Kreuzschlitten oder einer festen Halterung im Inneren des Maschinengehäuses erfassen sie Oberflächenposition, Teilehöhe, Stufengeometrie und Profilabweichungen berührungslos. Diese Sensoren sind sowohl in Blau- als auch in IR-Laserversionen erhältlich und eignen sich gut für die Integration in den Arbeitsraum von Bearbeitungszentren, Schleifmaschinen und Drehzentren.
2D-Laserscanner erfassen vollständige Querschnittsprofile in einem einzigen Messdurchlauf über Bereiche von 10 mm bis 1010 mm, mit einer Linearität von 0,01% F.S. und Abtastraten von bis zu 16 000 Profilen pro Sekunde. Eine Laserlinie wird auf die Oberfläche projiziert und das reflektierte Profil von einem hochauflösenden Detektor erfasst, wodurch vollständige Geometriedaten – Durchmesser, Rundheit, Konturform und Oberflächenmerkmale – über die gesamte Messzone gleichzeitig gewonnen werden. Blaue und IR-Laserversionen sind je nach Oberflächenmaterial und Reflexionsanforderungen verfügbar.
3D-Laserscanning-Systeme erweitern die 2D-Profilerfassung zur vollständigen Volumenmessung. Durch die Kombination mehrerer Profilaufnahmen über die Objektgeometrie hinweg wird ein vollständiges 3D-Modell der Bauteiloberfläche rekonstruiert. Das ermöglicht die Erkennung von Formabweichungen, Oberflächenfehlern und komplexen Geometriemerkmalen, die sich mit Punkt- oder Linienmessung allein nicht erfassen lassen. Im CNC-Umfeld ist das 3D-Scannen besonders wirkungsvoll bei der Prüfung komplexer bearbeiteter Bauteile — Querlenker, Wellen, Schmiede- und Gussteile —, bei denen ein vollständiger Oberflächenvergleich mit der CAD-Sollgeometrie erforderlich ist.
Drahtlose Sensoren zur Innendurchmessermessung ermöglichen die berührungslose Messung des Innendurchmessers direkt in der Maschinenspindel und übertragen die Daten ohne Kabelverbindung. Damit lässt sich die Bohrung innerhalb des Bearbeitungszyklus messen, wobei die Ergebnisse der CNC-Steuerung unmittelbar zur Kompensation zur Verfügung stehen. Das System erfasst die Ovalität des Innendurchmessers und unterstützt die Korrektur von Bohr- und Reibvorgängen im geschlossenen Regelkreis.
Absolute Linearpositionssensoren bieten einen alternativen Ansatz zur Weg- und Positionsmessung innerhalb der Maschinenstruktur, mit Bereichen von 3 bis 55 mm und einer Auflösung bis zu 0,1 µm. Ihr absolutes Messprinzip eliminiert die Notwendigkeit eines Referenzlaufs nach dem Einschalten und macht sie zuverlässig für die Integration in Präzisionspositioniertische und Werkzeugeinstellsysteme.
Optische Mikrometer — sowohl 1D als auch 2D — messen Außendurchmesser, Breite, Spalt und Kantenposition durch Schattenprojektion. Optische 1D-Mikrometer decken Bereiche von 5 mm bis 100 mm mit einem Messfehler von ±0,3 µm und einer Abtastrate bis zu 10 000 Hz ab. Optische 2D-Mikrometer erweitern dies auf die Inline-Maßmessung von Chargen über Bereiche von 8×10 mm bis 60×80 mm, mit einer Genauigkeit von ±0,5 µm und einer Integrationszeit unter 15 µs. Diese eignen sich gut für die kontinuierliche berührungslose Messung rotierender oder bewegter Komponenten bei Produktionsgeschwindigkeit.
Werkzeugmessung und -prüfung
Eine genaue Werkzeugmessung ist eine Voraussetzung für die Maßhaltigkeit in der CNC-Produktion. Werkzeuglänge, Durchmesser, Rundlaufabweichung und die Integrität der Schneidkante wirken sich direkt auf die Geometrie der bearbeiteten Oberfläche aus. Das manuelle Werkzeugeinrichten führt zu Streuungen durch den Bediener und verbraucht Maschinenzeit.
Laserbasierte Werkzeugmesssysteme automatisieren diesen Prozess. Ein im Arbeitsbereich der Maschine positionierter Laserstrahl wird durch das rotierende Werkzeug unterbrochen; der Controller berechnet aus dem Unterbrechungsmuster die Werkzeuglänge und den Werkzeugdurchmesser und aktualisiert die Offsets automatisch. Dies macht manuelle Eingaben überflüssig, verkürzt die Rüstzeit und stellt sicher, dass Werkzeugverschleiß oder -bruch erkannt wird, bevor er das nächste Teil beeinträchtigt.
Integration mit CNC-Steuerungen
Die Messsysteme von Riftek unterstützen die direkte Integration mit CNC-Steuerungen der wichtigsten Hersteller. Die Daten werden über Standardschnittstellen — digitale I/O, RS-232/485, Ethernet und Analogausgänge — übertragen und können verwendet werden, um Werkzeugkorrekturen zu aktualisieren, eine Prozesskompensation auszulösen oder Toleranzüberschreitungen zur Überprüfung durch den Bediener zu kennzeichnen.
Die Systeme sind mit automatisierten Produktionsumgebungen kompatibel und unterstützen eine geschlossene Prozessregelung, bei der die Messergebnisse die Bearbeitungsparameter ohne manuellen Eingriff steuern. Dies ist besonders relevant in der mannlosen Fertigung sowie in der Fertigung mit hoher Variantenvielfalt und geringen Stückzahlen, bei der eine gleichbleibende Maßhaltigkeit über wechselnde Teileprogramme und Werkzeugkonfigurationen hinweg gewährleistet werden muss.
Alle Systeme sind so konzipiert, dass sie zuverlässig im Inneren von CNC-Maschinengehäusen arbeiten: abgedichtet gegen das Eindringen von Kühlmittel, beständig gegen Späne und Schwingungen und stabil über den in Fertigungsumgebungen typischen Temperaturbereich.
Anwendungen und Branchen
Riftek Laser- und optische CNC-Messsysteme werden in der Präzisionstechnik, in der Herstellung von Automobil- und Luftfahrtkomponenten, in der Produktion medizinischer Geräte, im Formen- und Werkzeugbau und in der allgemeinen Metallbearbeitung eingesetzt. Zu den Messaufgaben gehören die Durchmesserkontrolle von gebohrten und gedrehten Merkmalen, die Profilprüfung von gefrästen Oberflächen, die Messung der Werkzeuglänge und Rundlaufabweichung, die Bohrungsmessung nach dem Bohren und Reiben, der 3D-Oberflächenvergleich komplexer bearbeiteter Teile mit der Nenngeometrie und die Oberflächenpositionsmessung zur Vorrichtungsprüfung und Teileausrichtung.
CNC-Messlösungen von Riftek
Riftek entwickelt und fertigt CNC-Messsysteme im eigenen Haus, von einzelnen Sensorelementen bis hin zu kompletten integrierten Lösungen mit Montagehardware, Verkabelung und Controller-Schnittstellensoftware. Die Systeme sind auf bestimmte Maschinentypen, Teilegeometrien und Prozessanforderungen konfigurierbar, wobei bereits in der Spezifikationsphase eine anwendungstechnische Unterstützung verfügbar ist.
Mit über 30 Jahren Erfahrung in der optoelektronischen Messtechnik und Installationen in mehr als 70 Ländern bietet Riftek Messtechnik, die eine konsistente Maßkontrolle über den gesamten CNC-Bearbeitungsprozess hinweg liefert. Kontaktieren Sie unsere Ingenieure, um die richtige Konfiguration für Ihre Anwendung zu definieren.
FAQ
Die Lasermessung in CNC-Anwendungen beruht je nach Messaufgabe auf zwei unterschiedlichen Prinzipien. Laser-Triangulationssensoren messen den Abstand vom Sensor zu einem einzelnen Punkt auf einer Oberfläche: Ein Laserpunkt wird auf das Ziel projiziert, und die Position seiner Reflexion auf einem internen Detektor verschiebt sich, wenn sich die Oberfläche näher zum Sensor hin oder weiter von ihm weg bewegt. Dies wandelt der Sensor in einen Weg- oder Höhenwert um. Damit ist Triangulation die richtige Wahl zur Messung von Oberflächenposition, Stufenhöhe oder Profilabweichung an einem Bauteil, das relativ zum Sensor fixiert ist, beispielsweise an einem Werkstück in einer CNC-Spannvorrichtung.
Optische Mikrometer arbeiten anders: Das Bauteil passiert einen kollimierten Lichtstrahl, und der Sensor misst den Schatten, den das Bauteil auf ein lineares Detektorarray auf der gegenüberliegenden Seite wirft. Dieses Schattenprojektionsprinzip misst die Außenabmessung des Objekts direkt — Durchmesser, Breite oder Spalt — und nicht den Abstand zu einem einzelnen Oberflächenpunkt. Deshalb eignen sich optische Mikrometer besser zur Prüfung eines rotierenden oder bewegten Bauteils, beispielsweise zur Überprüfung des Außendurchmessers einer gedrehten Welle beim Verlassen der Spindel.
Kurz gesagt: Triangulation beantwortet die Frage, wie weit eine Oberfläche vom Sensor entfernt ist, während ein optisches Mikrometer angibt, wie breit oder dick das Objekt selbst ist — die Wahl ergibt sich daraus, ob die Aufgabe positions- oder dimensionsbezogen ist.
Eine Nachrüstung ist in der Regel möglich, da diese Systeme als Sensorelemente mit Montagehardware und Standardschnittstelle geliefert werden und nicht zwingend von Anfang an in die Maschine integriert sein müssen. Die wichtigste Einschränkung ist der verfügbare Bauraum innerhalb des Arbeitsbereichs: Ein auf einem Querschlitten oder einer festen Halterung montierter Sensor benötigt ausreichend Freiraum, um in die bestehende Werkzeuganordnung integriert zu werden, ohne die Werkzeugbahnen zu beeinträchtigen. Ein spindelmontierter oder drahtloser Bohrungssensor benötigt dagegen eine Spindel oder Bohrstange mit kompatiblen Abmessungen. Auf der Steuerungsseite hängt die Integration davon ab, welche Schnittstelle die vorhandene CNC-Steuerung unterstützt — digitale I/O, RS-232/485, Ethernet oder Analogausgang —, da dies bestimmt, ob die Steuerung Messdaten direkt lesen kann oder eine zwischengeschaltete PLC benötigt. Maschinen mit gekapselten, kühlmittelbeständigen Einhausungen und freien Schnittstellenkapazitäten sind in der Regel unkomplizierte Kandidaten für eine Nachrüstung; ältere oder vollständig proprietäre Steuerungsarchitekturen erfordern typischerweise eine anwendungstechnische Prüfung, bevor eine konkrete Konfiguration bestätigt werden kann.
Beide Verfahren basieren auf demselben Laserscanning-Prinzip, beantworten jedoch unterschiedliche Prüfungsfragen an einer CNC-Maschine. Ein 2D-Laserscanner projiziert eine einzelne Laserlinie über das Bauteil und erfasst das vollständige Querschnittsprofil in einem Durchgang — Durchmesser, Rundheit und Konturform an genau diesem Schnitt des Bauteils, mit Raten von bis zu 16 000 Profilen pro Sekunde. Dadurch eignet er sich besonders gut zur Prüfung eines bestimmten Querschnitts gegen die Toleranz, beispielsweise zur Überprüfung der Rundheit an einem gebohrten oder gedrehten Merkmal, ohne dass ein Modell des gesamten Bauteils erforderlich ist. 3D-Laserscanning erweitert dies, indem viele dieser Profilerfassungen über die Geometrie des Bauteils hinweg kombiniert werden, um ein vollständiges Oberflächenmodell zu rekonstruieren. Statt nur einen Querschnitt zu prüfen, erzeugt es eine vollständige 3D-Darstellung, die direkt mit dem CAD-Sollmodell verglichen werden kann. Das ist notwendig, um Formabweichungen oder Oberflächenfehler an komplexen bearbeiteten Komponenten zu erkennen — Querlenkern, Wellen, Schmiede- und Gussteilen —, bei denen ein einzelner Profilschnitt Merkmale an anderen Stellen des Bauteils nicht erfassen würde.