Verzahnungen: Wie man Details schnell und mit hoher Punktdichte erfasst

• Verzahnungen sind in essenzielle Bestandteile der Kraftübertragung.
• Herkömmliche Lösungen für die Verzahnungsmessung stoßen an Grenzen.
• Optisches 4-Achsen-Scanning ermöglicht eine deutliche Messzeitreduzierung von bis zu 80 Prozent bei der Teilungs- und Rundlaufmessung.
• Mit dem optischen Sensor HP-O-Hybrid lassen sich schnellere Messzeiten erzielen.

Verzahnungen gehören zu den wichtigsten Komponenten in industriellen Anwendungsbereichen wie dem Maschinen- und Anlagenbau, der Energieerzeugung und Präzisionsindustrie. Aber auch in den Bereichen Fahrzeugbau und Luftfahrt sind hochgenaue Verzahnungen unterschiedlicher Größe und Ausprägung essentieller Bestandteil der Kraftübertragung sowie Wandlung von Drehmoment und Drehzahl zwischen Motor und Achse. So hängt zum Beispiel die Haltbarkeit und Effizienz unterschiedlicher Getriebearten wie dem klassischen Stirnradgetriebe oder dem Planetenradgetriebe insbesondere von der Qualität der verbauten Verzahnungen ab und erfordert daher eine hochgenaue und reproduzierbare dimensionale Prüfung.

Die taktile Inspektion von Verzahnungen mittels Einzelpunktantastung oder Scanning ist ein bewährtes Prüfverfahren. Da die Inspektion in der Regel jedoch wesentlich mehr Zeit in Anspruch nimmt als der Fertigungszyklus, ist die taktile Inspektion zwar eine passende Lösung für eine Musterinspektion, stößt aber an ihre Grenzen, wenn es um die Steuerung der Fertigung geht.

Unter idealen Umständen wäre der Inspektionsprozess soweit im Gleichlauf mit der Fertigung, dass eine bessere Fertigungssteuerung möglich wäre. Die von Hexagon Manufacturing Intelligence entwickelte Produktreihe der interferometrischen optischen Sensoren verändert die Art und Weise, wie Messtechnik im Qualitätssicherungprozess eingesetzt werden kann. Wo in der Vergangenheit die Hardware auf individuelle Teilmerkmale zielte, erfasst heutzutage ein Sensor alle Details und die Software zielt auf die individuellen Merkmale.

Nahtloser Wechsel zwischen taktiler und optischer Messung der Verzahnungen

Der optische Sensor HP-O Hybrid von Hexagon Manufacturing Intelligence erlaubt den nahtlosen Wechsel zwischen taktiler und optischer Messung innerhalb einer Messroutine. Als interferometrischer Abstandssensor mit einer Auflösung von 0,003 µm und einem Messpunktdurchmesser von 11 µm misst der HP-O Hybrid metallische, technische Oberflächen und ist unempfindlich gegen Änderungen des Umgebungslichts. Das macht ihn zum idealen Sensor für das Erfassen von hochdichten Daten.

Die neue optische Lösung erfasst das Oberflächenprofil der Verzahnung mit dem optischen Punktsensor während einer Rotation des Drehtisches. Im Vergleich zur taktilen Lösung werden die Prüfmerkmale dabei im Anschluss von der Software extrahiert und müssen nicht mehr separat vom KMG angesteuert werden. Somit wird wesentlich schneller eine größere Datenmenge in vergleichbarer Genauigkeit erfasst. Sowohl die Teilungspunkte als auch die Rundlaufabweichung können somit aus einem einzigen Scan extrahiert werden. Aufgrund einer Datenrate von 1‘000 Punkten pro Sekunde (im Gegensatz zu einem Punkt pro Sekunde bei der taktilen Einzelpunktantastung) und der dynamischen Rotation des Bauteils durch den hochgenauen Drehtisch, wird der zeitaufwändigste Teil im Messprogramm deutlich verkürzt.

Um das Potenzial des HP-O Hybrid-Sensors optimal auszuschöpfen, wird ein Koordinatenmessgerät (KMG) mit geeigneter Präzision, entsprechender Dynamik und vier Achsen benötigt. Der optische Sensor lässt sich dann sowohl im Einzelpunkt-Modus, im kontinuierlichen Scanmodus oder dem sensorspezifischen Spin-Scan-Modus für die Erfassung rotationssymmetrischer Merkmale einsetzen.

Im Spin-Scan-Modus steht der Sensor fest, während das Teil auf dem Drehtisch schnell gedreht wird. Ein wesentlicher Vorteil dieser Methode gegenüber einer taktilen Lösung ist, dass nur die Oberflächenpunkte erfasst werden, die im Messbereich des Sensors liegen. Die Merkmale der Bauteile können schnell und einfach programmiert und erfasst werden, was die Zykluszeiten minimiert.

Messtechnik lässt sich an Produktionstakt anpassen

Die Messung der Profil-und Flankenlinien-Formabweichung kann wegen der erschwerten Zugänglichkeit in der Regel nicht mit dem optischen Sensor erfolgen. Aus diesem Grund kommt die klassische taktile Messmethode zum Einsatz. Der Wechsel von dem optischen Sensor auf einen Taster bedarf keinem Taster- oder Sensorwechsel. Ein sofortiges Umschalten zwischen den beiden Messmethoden ist möglich, und ohne Rekalibrierung.

Diese Kombination von unterschiedlichen Technologien – ein hochgenaues 4-Achsen-KMG, ein HP-O-Hybrid-Sensor mit Spin-Scan-Modus sowie die Quindos-Software – ergibt eine durchsatzstarke und hochpräzise Lösung, die Gesamtzykluszeiten um bis zu 50 Prozent verkürzen kann. Eine derart grundlegende Veränderung im Messverfahren ermöglicht es, Messtechnik an den Produktionstakt anzupassen und verbessert somit wesentlich den Durchsatz ohne eine Verschlechterung der Genauigkeit bei der Teilefertigung.

Weitere Informationen: https://www.hexagonmi.com/

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