Was ist eine CMM-Inspektion (Koordinatenmessgerät)?

Haben Sie sich schon einmal gefragt, wie Hersteller prüfen, ob ein komplexes Teil bis ins kleinste Detail den Konstruktionsanforderungen entspricht? Für viele hochpräzise Anwendungen setzen sie auf eine Koordinatenmessmaschine (KMG).

In diesem Artikel erklären wir, was eine KMG-Prüfung ist, wie sie funktioniert, welche Arten von KMGs es gibt und warum sie in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Herstellung medizinischer Geräte so wertvoll ist.

Was ist eine KMG-Inspektion?

Bei einer KMG-Prüfung wird die physikalische Geometrie eines Objekts mithilfe einer Koordinatenmessmaschine gemessen. Die Maschine erfasst präzise 3D-Daten, indem sie die Oberfläche des Teils berührt oder scannt und mit dem Konstruktionsmodell vergleicht. Ziel ist es, zu überprüfen, ob das Teil die Maßvorgaben und Toleranzen erfüllt, bevor es in die nächste Produktions- oder Montagephase übergeht.

Koordinatenmessgeräte sind um drei lineare Achsen – X, Y und Z – herum aufgebaut. Jede Achse ermöglicht die Bewegung des Messtasters (eines Messinstruments) in die entsprechende Richtung. Durch Verfolgung der Position des Messtasters erfasst das Koordinatenmessgerät die Koordinaten und erstellt eine virtuelle 3D-Karte der Werkstückoberfläche.

CMM-Prüfungen werden in vielen Phasen des Herstellungsprozesses eingesetzt: während der Prototypenentwicklung, nach der Bearbeitung und sogar bei abschließenden Qualitätskontrollen.

Was kann ein KMG messen?

CCMMs können viele Arten von Messungen erfassen, beispielsweise:

• Abmessungen: Länge, Breite, Höhe und Durchmesser.
• Profile: Oberflächenformen und Konturen.
• Winkel: Zwischen Oberflächen oder Merkmalen.
• Tiefe: Löcher, Vertiefungen und Hohlräume.
• Position: Genaue Position der Features im Verhältnis zueinander.

Aufgrund dieser Vielseitigkeit werden Koordinatenmessgeräte in unterschiedlichen Fertigungsschritten und Branchen häufig eingesetzt.

Hauptkomponenten eines KMG

Alle KMG-Systeme haben unabhängig von Größe und Typ einige gemeinsame Komponenten:

• Granitsockel oder Tisch: Diese schwere, stabile Plattform hält das Werkstück während der Prüfung. Sie ist darauf ausgelegt, Vibrationen zu minimieren und Genauigkeit zu gewährleisten.
• Bewegliche Struktur: Je nach KMG-Typ kann dies vertikale Säulen, horizontale Arme oder Portale umfassen, die die Bewegung der Sonde entlang der X-, Y- und Z-Achse ermöglichen.
• Tastkopf und Stift: Der Taststift ist die nadelartige Spitze, die das Werkstück berührt. Er ist mit einem Sensor im Tastkopf verbunden, der den Kontakt erkennt.
• Steuergeräte: Hierzu zählen Maschinensteuerungen und Joystick-Steuerungen, die für manuelle Einstellungen oder Programmierungen verwendet werden.
• Computerarbeitsplatz: Auf der Workstation installierte Software kommuniziert mit der Maschine, sammelt Daten und analysiert Messungen.

Das Werkstück wird sicher auf der Unterlage eingespannt, um Bewegungen zu vermeiden. Während sich der Messtaster über die Oberfläche bewegt, sendet er Positionsdaten an das System zurück, das ein digitales Profil des Werkstücks erstellt.

So funktioniert die KMG-Inspektion

Obwohl es verschiedene Arten von Koordinatenmessgeräten gibt, folgen sie alle einem ähnlichen Arbeitsablauf. So läuft eine typische Prüfung ab:

Schritt 1: Einrichtung und Kalibrierung

Das Objekt wird zunächst auf dem Tisch fixiert. Es ist wichtig, dass das Teil Raumtemperatur erreicht, um Verformungen zu vermeiden. Die Sonde wird angebracht und mithilfe einer Standard-Referenzkugel kalibriert, die den Eigenschaften des Teils entspricht.

Schritt 2: Scannen und Datenerfassung

Das Koordinatenmessgerät scannt das Werkstück entweder durch Berührung oder mithilfe eines berührungslosen Laser- oder Bildsensors. Die Maschine bewegt den Messtaster entlang der drei Achsen und erfasst Koordinatenpunkte, wo immer er die Oberfläche berührt oder scannt.

Schritt 3: Analyse und Bewertung

Die Systemsoftware berechnet aus den erfassten Daten Abmessungen wie Länge, Breite, Höhe, Winkel und Rundungen. Zudem prüft sie Toleranzen anhand des originalen CAD-Modells oder der technischen Zeichnung.

Schritt 4: Berichterstattung

Die Endergebnisse werden mit den Konstruktionsspezifikationen verglichen. Besteht das Teil die Prüfung, können die Prüfdaten zur Dokumentation digital gespeichert werden. Bei einem Fehler können die Ingenieure die Prüfung untersuchen und notwendige Anpassungen vornehmen.

Arten von Koordinatenmessgeräten

Koordinatenmessgeräte gibt es in verschiedenen Ausführungen, die jeweils für unterschiedliche Anwendungen und Umgebungen konzipiert sind. Die gängigsten Typen sind:

KMG-Typ	Struktur	Genauigkeit	Vorteile	Nachteile	Allgemeiner Gebrauch
Gelenkarm	Gelenkarm, manuell geführt	Mittel (±0.0002″)	Tragbar, flexibel, feldfreundlich	Manuell, weniger stabil	Vor-Ort-Kontrollen, Reverse Engineering
Horizontaler Arm	Auslegerarm auf Sockel	Mittel–Hoch	Große Reichweite, halbautomatisch	Braucht Platz, weniger starr	Karosserien, Großbaugruppen
Bridge	Doppelsäulen + bewegliche Brücke	Hoch	Höchste Genauigkeit, automatisiert	Benötigt eine stabile Umgebung	Luft- und Raumfahrt, Formen, Präzisionsteile
Freischwinger	Einspaltige Unterstützung	Hoch–Mittel	Einfacher Zugriff, kompakt	Weniger steif als Bridge	Kleine bis mittelgroße Teile
Portal	Große Brücke über großem Tisch	Hoch (großer Maßstab)	Bewältigt große Teile, sehr stabil	Teuer, erfordert spezielle Einrichtung	Flugzeugpaneele, Turbinen

Gelenkarm-KMG

Ein Gelenkarm-KMG (oft auch tragbarer Arm genannt) besteht aus einer Reihe starrer Segmente, die durch Präzisionslager oder Drehgeber verbunden sind. Jedes Gelenk bildet eine Drehachse, und hochauflösende Winkelsensoren erfassen die Armkonfiguration. Der Arm ist auf einem stabilen Sockel oder Stativ montiert. An seiner Spitze sitzt der Messtaster – entweder ein taktiler Taststift für Einzelpunktmessungen oder ein Laserscanner für die kontinuierliche Oberflächenerfassung.

Horizontalarm-KMG (Dreharm-KMG)

Ein Horizontalarm-KMG montiert einen gebogenen oder geraden Strahl auf einer rotierenden Basis. Die Strahllänge definiert zwei Achsen – radiale Reichweite und Drehwinkel –, während sich ein Tastschlitten entlang des Strahls bewegt, um die dritte Achse zu erreichen. Viele Ausführungen verfügen über einen motorisierten Tastkopf, der gekippt oder indexiert werden kann, um abgewinkelte Merkmale zu erreichen.

Brücken-CMM

Brücken-KMGs sind die Arbeitspferde in Messlaboren. Zwei vertikale Säulen sind durch eine horizontale Brücke verbunden, die auf Führungsbahnen verfährt. Auf der Brücke bewegt sich eine Pinole oder Spindel vertikal und trägt den Taststift bzw. den Scankopf. Hochpräzise Luftlager oder hydrostatische Führungen sorgen für reibungslose, gleichmäßige Bewegung.

Ausleger-KMG

Ein Ausleger-KMG ähnelt einer Brückenkonstruktion, stützt die Brücke jedoch nur auf einer Seite. Dadurch entsteht ein frei zugänglicher Bereich unter der freien Seite, was das Beladen und Einspannen schwerer oder unregelmäßig geformter Teile vereinfacht. Die Verfahrachsen und Messprinzipien entsprechen denen einer Zweisäulenbrücke.

Portal CMM

Portal-KMGs ermöglichen die Übertragung des Brückenkonzepts auf sehr große Stellflächen. Doppelsäulen auf beiden Seiten des Messtisches stützen einen massiven Deckenträger. Dieser trägt eine Hochleistungspinole, die in X-, Y- und Z-Richtung verfahrbar ist. Aufgrund ihrer Größe und ihres Gewichts werden diese Maschinen in Betonfundamente geschraubt und oft in speziellen Messzellen untergebracht.

BOYI-TECHNOLOGIE

Als führender Anbieter von On-Demand-Fertigung und Rapid-Prototyping-Dienstleistungen – einschließlich CNC-Bearbeitung und Vakuumgussdienstleistungen—BOYI TECHNOLOGY nutzt die CMM-Inspektion, um die höchsten Qualitätsstandards einzuhalten.

Dieses Engagement für Genauigkeit bedeutet, dass Sie Teile erhalten, die perfekt Ihren Spezifikationen entsprechen und eine hervorragende Leistung liefern. Kontaktieren Sie uns Jetzt, um Ihr Angebot für kundenspezifische Teile zu erhalten.

Auswahl des richtigen Koordinatenmessgeräts

Das ideale Koordinatenmessgerät für Ihren Betrieb hängt von verschiedenen Faktoren ab – von der Größe und Geometrie Ihrer Teile bis hin zum erforderlichen Genauigkeitsgrad, dem Produktionsvolumen und der Anlagenumgebung.

Ihre aktuellen Produktionsanforderungen sind wichtig, aber denken Sie voraus:

• Werden Sie in Zukunft größere Teile produzieren?
• Werden die Kundentoleranzen strenger?
• Planen Sie den Umstieg auf Industrie 4.0 oder Smart Manufacturing?

Durch die Wahl eines modularen, aufrüstbaren KMG-Systems – beispielsweise mit optionalen Scanköpfen oder Roboterintegration – können Sie dessen Nutzungsdauer und ROI verlängern.

Berücksichtigen Sie bei der Auswahl eines Koordinatenmessgeräts Folgendes:

1. Teilebereich – Passen Sie die Reichweite der Maschine und die Tischgröße an Ihr größtes Werkstück an.
2. Toleranzanforderungen – Höhere Genauigkeit erfordert steifere, thermisch gesteuerte Brücken- oder Portalsysteme.
3. Durchsatzziele – Automatisierte Multisensorsysteme eignen sich hervorragend für große Durchläufe; tragbare Arme dienen der einmaligen Arbeit oder der Arbeit im Feld.
4. Umwelteinschränkungen – Vibrationen in der Werkstatt und Temperaturschwankungen können die Präzision beeinträchtigen. Planen Sie geeignete Fundamente und eine Klimatisierung ein.
5. Betriebsflexibilität – Schnelle Umrüstungen, Roboterintegration und Vorrichtungsdesign wirken sich auf die Betriebszeit und die Inspektionsvorlaufzeit aus.

Durch Abwägen dieser Faktoren können Sie Ihre Qualitätsstrategie mit der richtigen KMG-Technologie in Einklang bringen und so genaue, wiederholbare und effiziente Prüfungen in Ihrer gesamten Produktionslinie gewährleisten.

Vorteile der CMM-Inspektion

Der Einsatz von Koordinatenmessgeräten in der Fertigung bringt mehrere Vorteile mit sich:

• Stellt sicher, dass Teile die Konstruktionstoleranzen präzise einhalten.
• Durch die automatisierte Messung wird die Inspektion beschleunigt und die Ausfallzeit verringert.
• Genaue Inspektionen reduzieren fehlerhafte Teile und Nacharbeit.
• Hilft, die Qualitätsstandards der Branche zu erfüllen.
• Detaillierte Messdaten unterstützen die Prozessoptimierung.
• Langfristige Einsparungen durch weniger Fehler und verbesserte Effizienz.
• Geeignet für eine Vielzahl von Teilen und Branchen.
• Hochwertigere Produkte schaffen Vertrauen und Loyalität.
• Die Messungen werden für spätere Prüfungen und Analysen digital gespeichert.

Trotz ihrer Vorteile haben KMGs auch einige Nachteile:

• Maschinen und qualifiziertes Bedienpersonal erfordern erhebliche Investitionen.
• Das Berühren weicher oder empfindlicher Materialien durch die Sonden kann zu Schäden führen.
• Der Maschinentyp begrenzt die maximale Teilegröße, die gemessen werden kann.

Gängige Anwendungen der CMM-Inspektion

CMM-Inspektionen werden in vielen Bereichen eingesetzt, unter anderem:

Qualitätskontrolle und -sicherung

Koordinatenmessgeräte sind ein Eckpfeiler der Qualitätssicherung. Sie ermöglichen Herstellern die Überprüfung der Übereinstimmung von Komponenten mit ihren CAD-Modellen oder technischen Zeichnungen. Dies ist besonders wichtig in Branchen, in denen selbst kleine Maßabweichungen zu Systemausfällen führen können.

Erstmusterprüfung (FAI)

KMGs bieten umfassende Erster Artikel Inspektion (FAI)-Berichte, die Kunden – insbesondere in der Luft- und Raumfahrt- sowie der Automobilbranche – häufig zur Freigabe von Produktionsläufen verlangen. Die Maschine vergleicht jedes kritische Merkmal des ersten Teils mit dem Originalentwurf.

In-Prozess- und Endkontrolle

Manche Hersteller setzen Koordinatenmessgeräte in der Mitte des Fertigungszyklus ein, um Fehler frühzeitig zu erkennen (In-Prozess-Prüfung), andere erst am Ende (Endprüfung). In beiden Fällen bieten Koordinatenmessgeräte eine hochzuverlässige Validierung.

Reverse Engineering

Durch die Messung der Bauteiloberfläche kann ein Koordinatenmessgerät präzise Koordinatendaten generieren, die in CAD-Geometrie umgewandelt werden können. Dies ist besonders hilfreich, wenn keine Originalpläne verfügbar sind oder ältere Teile aktualisiert werden müssen.

Werkzeug- und Vorrichtungsprüfung

Werkzeuge müssen präzise gefertigt sein, sonst ist jedes produzierte Teil fehlerhaft. Koordinatenmessgeräte stellen sicher, dass die Werkzeuge den Konstruktionstoleranzen entsprechen und regelmäßig auf Verschleiß überprüft werden können.

Prototypenprüfung und Prozessvalidierung

Bei der Entwicklung neuer Produkte prüfen Koordinatenmessgeräte, ob Prototypen dem vorgesehenen Design entsprechen, bevor der Fertigungsprozess abgeschlossen wird. Dadurch wird sichergestellt, dass die Konstruktionsabsicht eingehalten wird und die Werkzeuge oder Vorrichtungen Teile innerhalb der Spezifikation produzieren.

Inspektion von Zulieferteilen

KMGs helfen, die Qualität eingehender Teile zu überprüfen, bevor sie in die Produktion aufgenommen werden. Dies ist wichtig in ausgelagerte CNC-Bearbeitung Fertigungsumgebungen, in denen Qualitätsprobleme die gesamte Lieferkette beeinträchtigen können.

KMG-Funktionsprinzipien

Die Leistung von Koordinatenmessgeräten (KMGs) basiert auf zwei Hauptsystemen: Encodern, die Bewegung und Positionierung verfolgen, und Sonden, die Daten von der Oberfläche des Objekts erfassen.

Encoder

KMGs verwenden lineare Encoder zur Verfolgung von Bewegungen entlang der X-, Y- und Z-Achse. Diese bestehen aus einer Skala und einem Sensor und können optische, magnetische, kapazitive, induktive oder Wirbelstromtechnologie verwenden.

Drehgeber werden in Gelenkarmen eingesetzt, um Winkel an Gelenken zu messen. Das System berechnet die 3D-Position der Sonde mithilfe trigonometrischer Methoden und bekannter Armlängen.

Tastköpfe

KMG-Sonden erfassen Messdaten von der Oberfläche des Teils:

• Berührend schaltende Messtaster: Erfassen Sie einen Punkt, wenn der Stift die Oberfläche berührt. Ideal für einfache Merkmale wie Löcher und Kanten.
• Scansonden: Bewegen sich über Oberflächen und erfassen kontinuierlich Daten zu Konturen und Formen.
• Optische/Lasersonden: Nutzen Sie reflektiertes Licht oder Laser, um Oberflächendaten berührungslos zu erfassen. Nützlich für weiche, empfindliche oder komplexe Teile.

Integration von Sonden und Encodern

Encoder und Sonden arbeiten harmonisch zusammen. Während die Sonde Daten von der Oberfläche eines Teils erfasst, erfassen die Encoder deren Position mikrometergenau. Bei jeder Punktmessung – ob durch Kontakt oder Licht – erfasst das System die Position im dreidimensionalen Raum und sendet diese Daten zur Analyse an die KMG-Software.

Das Steuerungssystem der Maschine koordiniert die Bewegung entlang aller drei Achsen (und aller Rotationsachsen, sofern vorhanden) und übermittelt die Ergebnisse anschließend an eine Software, die die Messdaten an ein nominales CAD-Modell anpasst, Toleranzen berechnet und Prüfberichte erstellt.

Fazit

Koordinatenmessgeräte sind aus der modernen Fertigung nicht mehr wegzudenken. Ihre Fähigkeit, komplexe Geometrien mit Mikrometergenauigkeit zu prüfen, hilft Unternehmen, immer engere Toleranzen einzuhalten. Durch die Wahl des richtigen KMG-Typs, die Einhaltung strenger Einrichtungsverfahren und den Einsatz fortschrittlicher Software können Hersteller die Qualität steigern, Ausschuss reduzieren und Produktionszyklen beschleunigen.

BOYI-TECHNOLOGIE ist spezialisiert auf On-Demand-Fertigung und Rapid Prototyping, einschließlich CNC-Bearbeitung und Vakuumguss. Durch die CMM-Prüfung garantieren wir jederzeit präzise und hochwertige Teile.

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