Schnelle 3-D-Geometrieprüfung an außenverzahnten Bauteilen

Fraunhofer-Vision präsentiert auf der Control 2002 ein System zur schnellen 3-D-Geometrieprüfung an außenverzahnten Bauteilen.

In vielen Produktionsprozessen ist für die Qualitätssicherung die effiziente Bestimmung relevanter 3-D-Kenngrößen unbedingt erforderlich. Ein Beispiel hierfür sind Zahnhöhe, Dachradius oder Dachwinkel bei außenverzahnten Werkstücken. Weder durch taktile Antastung noch durch eine Koordinatenbestimmung mittels optischer Abstandssensoren oder durch eine 2-D-Bildkonturanalyse konnten verzahnte Bauteile bislang wirtschaftlich geprüft werden. Zwar konnten die Werkstücke mit hoher Genauigkeit vermessen werden, allerdings nur mit erheblichem Zeitaufwand. So nimmt eine manuell tastende Vermessung für ein Werkstück mit z. B. 33 Zähnen 120 Minuten in Anspruch.

Am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) wurde nun ein System entwickelt, mit dem durch die Nutzung eines optischen 3-D-Feldmessverfahrens auf der Basis strukturierten Lichts die Prüfzeit auf 15 Minuten gesenkt werden kann – einschließlich Kenngrößenbestimmung beträgt die Messzeit weniger als zehn Sekunden pro Messfeld. Das System arbeitet in einem Messvolumen von ca. 10 x 7 x 5 mm³ mit einer Genauigkeit von besser als 0,03 mm. Der gesamte Messvorgang erfolgt in einer Aufspannung und läuft, wie auch die Steuerung von Sensorpositionierung und Werkstückdrehung, vollautomatisch ab. Die Notwenigkeit der Teilevorbehandlung (z. B. durch Kontrastmittel) wurde durch die Verwendung neuer Musterstrukturen und Analysestrategien vermindert. Auch die Prüfung von unterschiedlichen Teilegrößen am selben Prüfplatz wird durch wechselbare Werkstückaufnahmen sowie austauschbare Messprofile möglich.

Das System wird vor allem in der Qualitätssicherung eingesetzt, z. B. zur Messung von Verschleißspuren auf einem Fräserzahn oder zur seriennahen Prüfung geschmiedeter PKW-Getriebeteile. Neben der Verzahnung lassen sich dabei ohne Mehraufwand, d. h. mit derselben Sensorik und ohne Umspannen, auch zusätzliche Qualitätskriterien wie Schlag- und Rundlauftoleranzen des Bauteils prüfen.