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Foto: Hexagon Machine Tool Measurement
Kabelloses Laserscanning in der Maschine – und trotzdem großes Sichtfeld und wenig Verfahrbewegungen nötig: Die Laserlinie ist circa 39 mm breit und kann Punkte innerhalb eines 80 mm tiefen Sichtfeldes erfassen.

Thema der Woche 16/2021

Erstes kabelloses Laserscanning in der Maschine

Der M&H LS-R-4.8 ist der weltweit erste Laserscanner mit kabelloser Funkübertragung. Hexagon MTM hat ihn speziell zum Einsatz in Werkzeugmaschinen entwickelt.

Kabelloses Laserscanning direkt in der Werkzeugmaschine. Dabei können alle Funk-Messgeräte von Hexagon Machine Tool Measurement mit dem gleichen Empfänger genutzt werden. So fügt sich der neue M&H LS-R-4.8 nahtlos in die Multisensor-Strategie für Werkzeugmaschinen ein, womit sich neue Möglichkeiten in der Werkzeugmaschine ergeben. Egal ob taktile herkömmliche Messtaster, Temperatursensor, Ultraschallmesstaster oder Laserscanning – das Feld für das Messen in der Werkzeugmaschine war nie breiter und umfänglicher.

Kabelloses Laserscanning in der Maschine – mit bis zu acht Geräten

Die Funktechnologie wurde permanent weiterentwickelt und beinhaltet heutzutage eine bidirektionale Kommunikation. Somit lassen sich unabhängig voneinander bis zu acht Messgeräte in der Werkzeugmaschine einsetzen. Ganz gleich welcher Sensor genutzt werden soll, beim Einsatz unterschiedlichster Messmethoden bedarf es keiner speziellen Schnittstellen oder zusätzlichen Einrichtungen an der Maschine. Alles funktioniert über die gleiche Multisensor-Empfangstechnik von Hexagon.

Laserscanning ist jetzt Teil der Multi-Sensor Strategie

Mit den bewährten Messtastern und Softwarelösungen von Hexagon werden schon seit vielen Jahren gefräste Flächen an Werkstücken noch in der Maschine kontrolliert und protokolliert. Allerdings werden die Flächen nur mittelbar erfasst, weil der Messtaster nur eine Reihe von Punkten antastet. So ist der Soll-Ist-Vergleich mit den Werten aus der CAD-Zeichnung bei Freiformflächen nicht immer 100 % perfekt.

Insbesondere bei Reparaturarbeiten im Formenbau, dem Nachbearbeiten aufgeschweißter Flächen oder komplexen Gussteilen mit unterschiedlichem Aufmaß waren die Unternehmen bisher auf das Geschick und Fachwissen ihrer Mitarbeiter angewiesen. Diese Art von Flächen konnten in ihrer Lage vorab nur ungefähr abgeschätzt werden, was aufwändiges Rüsten und lange Bearbeitungszeiten bedeutete. Oftmals wurden hohe Annäherungsbahnen der Fräswerkzeuge in Kauf genommen, um alle möglichen Lagen und Dicken solcher Reparaturstellen sicher zu erfassen und zu fräsen. Andererseits bedeutete dies aber oft teures „Luftfräsen“, also Fräszeit ohne Zerspanung.

Bei Teilen oder Flächen, zu denen bislang kein digitaler Datensatz bestand, mussten sehr viele einzelne Punkte taktil erfasst und dann in aufwändiger Arbeit im CAD/CAM-System neu kreiert werden. Oftmals wurde hierzu sogar das Werkstück ausgespannt, im Messraum digitalisiert und entsprechend wieder programmiert. Nacharbeiten in engen Toleranzen waren nur sehr schwierig realisierbar, kosteten sehr viel Zeit und bedeuteten oft große Kompromisse.

Neue Gesamtlösung für Reverse Engineering und kürzeste Messzeiten

Seit mehr als 15 Jahren hat Hexagon die Technik des Messens in der Werkzeugmaschine immer wieder mit Innovationen vorangetrieben. Viele Patente für Produkte und Verfahren künden ebenso davon, wie die von vielen Kunden bestätigte technische Marktführerschaft in vielen Bereichen. Diversen Kundenanfragen folgend, hat sich Hexagon der beschriebenen Problematik angenommen und die Laserscanning-Technologie in seine Multisensor-Strategie integriert. Mit der neuen Gesamtlösung mit Funkübertragung lassen sich nun Freiformflächen und Geometrien in allen Achsen bereits in der Aufspannung der Maschine berührungslos kontrollieren. Optimiertes Best-Fit, berührungslose Kollisionsbetrachtung, Aufmaßerkennung oder sogar ‚Reverse Engineering‘ sind jetzt bei kürzesten Messzeiten möglich.

Basis für den Funk-Laserscanner ist ein robuster Grundkörper aus Edelstahl mit der Schutzklasse IP68 und die gewohnt sichere Übertragungstechnik per Funk im 2,4 GHz-Bereich. Der Laserscanner passt in die meisten Werkzeugmagazine und kann ohne manuellen Eingriff in den Produktions- und Messprozess eingebunden werden.

Schluss mit zeitraubenden Kompromissen

Mit der Integration des Funk-Laserscanners in der Werkzeugmaschine bietet Hexagon einen weiteren Innovationsschritt, der den Anwendern sehr viel Zeit spart und völlig neue Fertigungsmöglichkeiten eröffnet. Somit stellt der kabellose Laserscanner von Hexagon einen weiteren bahnbrechenden Schritt in der Messtechnik für Werkzeugmaschinen dar.

Der M&H LS-R-4.8 Laserscanner von Hexagon bringt innovative Laserscanning-Technologie in die Werkzeugmaschine. Er verfügt über einen blauen Laser, der innerhalb einer Sekunde bis zu 36.000 Punkte projizieren kann. Die Abstände der einzelnen Punkte sind sehr gering, was zu einer hohen Punktdichte und Aussagekraft der Daten führt. Somit generiert die Punktwolke eine extrem realitätsgenaue Abbildung der Fläche. Der M&H LS-R4.8 ist in der Lage unterschiedlichste Oberflächen von variierender Beschaffenheit, wie glänzende Werkstücke, sicher zu erfassen. Die Laserlinie ist circa 39 mm breit und kann Punkte innerhalb eines 80 mm tiefen Sichtfeldes, also +/- 40 mm von der Nulllinie, erfassen. Dadurch können unnötige Verfahrbewegungen in Z-Richtung aufgrund der Werkstückgeometrie vermieden werden.

Software macht das Paket komplett

Die zugehörige Software HxGN NC Measure bietet nicht nur eine werkstattgerechte, einfach zu bedienende Benutzeroberfläche, sondern übernimmt auch die Kommunikation mit aktuellen Steuerungen von Siemens, Heidenhain oder Fanuc. Damit ist diese innovative Technik von Beginn an universell einsetzbar. Die Softwarelösung HxGN NC Measure bietet nicht nur das bewährte Messen mit den taktilen Messtastern, sondern nun auch das Laserscanning unter Nutzung aller 5 Achsen. So entstehen vollumfängliche Messdaten an allen Seiten des Werkstücks. Die Kombination aus Messtaster und Laserscanner in einer Software ist einzigartig und bildet somit einen Schulterschluss aus bewährten und neuen Technologien. Passungen, Nuten oder tiefe Kavitäten werden präzise mit dem taktilen Messtaster erfasst und die großen Flächen bzw. Freiformflächen mit dem Laserscanner schnell aufgenommen. Beide Messdaten sind dann für die Auswertung oder Weiterverarbeitung in einer Software dargestellt.

Flächenmodell erstellen in wenigen Minuten

Innerhalb weniger Minuten kann ein Flächenmodell in der Werkzeugmaschine erstellt werden und mit dem CAD-Modell verglichen werden.  Die Abweichungen können in dem ‚Color-Mapping-Verfahren‘ dargestellt werden. Sogar als STL-File können die Werte transferiert und dann in jedem gängigen CAD/CAM-System weiterverarbeitet werden.

Damit wird sogar ‚Reverse Engineering‘ möglich, und zwar in kürzester Zeit, während ein Bauteil in seiner Aufspannung verbleibt. Das verschafft nicht nur einen enormen Zeitvorteil, sondern garantiert höchste Genauigkeit und gibt den Maschinenbedienern die Sicherheit, das Werkstück richtig zu bearbeiten oder ein digitales Abbild des vorhandenen Werkstücks zu generieren.

Optimiertes Best-Fit verhindert Nacharbeit

Überhaupt eröffnet die Kombination des Laserscans und der Best-Fit-Funktion weitere Möglichkeiten zur Optimierung der spanenden Bearbeitung von Bauteilen, deren Lage und Form oft unklar ist, sei es bei Reparaturarbeiten an aufgeschweißten Flächen oder Nachbearbeitungen neuer Werkstücke, etwa nach dem Härten, mit Schmiedeverzug oder ähnlichem. Optimiertes Best-Fit bezogen auf ganze Flächenteile ermöglicht nicht nur engere Toleranzen, sondern verhindert spätere Nacharbeit oder gar Ausschuss. Zudem gehört ‚Luftfräsen‘ nun der Vergangenheit an.

So verspricht der M&H LS-R-4.8 Laser-Scanner in Verbindung mit NC Measure einen enormen Produktivitätssprung nicht nur im Modell- und Formenbau, sondern auch in der Serienfertigung. Aufmaße an großen Gussteilen können erfasst werden, womit das Risiko minimiert wird, dass Werkzeuge durch Kollisionen am Aufmaß beschädigt werden. Außerdem kann die korrekte Lage des Werkstücks in der Aufspannung überwacht werden, denn manchmal kann es vorkommen, dass Spannpratzen nicht korrekt anliegen oder sogar an falschen Stellen liegen.

Letztlich werden Maschinenbediener entlastet

Technologisch bringt der M&H LS-R-4.8 die Anwender voran, weil er Entwicklungsprozesse vereinfacht und beschleunigt. Anwender können nun Leistungen anbieten, die vorher oft teuer und zeitaufwändig außer Haus besorgt wurden. Letztendlich werden Maschinenbediener entlastet, Fehler vermieden und Fertigungsprozesse sicherer und schneller. Wieder einmal bringt Hexagon neue wegweisende Messlösungen auf die Werkzeugmaschine.

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Der blaue Laser projiziert in einer Sekunde bis zu 36.000 Punkte. Die Abstände der Punkte sind sehr gering, was zu hoher Punktdichte und Aussagekraft der Daten führt.
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Die Punktwolke generiert eine extrem realitätsgenaue Abbildung der Fläche. Auch glänzende Werkstücke wie diese Steckdosenform, können sicher erfasst werden.
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Hier sieht man wie die Scanlinien über das Werkstück laufen. In der Grafik zuvor konnte die Dichte des Scans sowie Geschwindigkeit definiert werden. Und die erste Grafik (Colormap) zeigte die farbliche Auswertung in der Software.
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Auch dieses Motorblock-Modell wird schnell und hochgenau eingescannt. Die Punktewolke und Colormap liefern aussagekräftige Bilder.
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Die Colormap des Motorblocks zeigt wieder die farbliche Auswertung in der Software.
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Im Laserpanel kann die Dichte des Scans und die Geschwindigkeit je nach Anwendung definiert werden. Höhere Geschwindigkeit bedeutet weniger dichte Punktewolke – niedrigere Geschwindigkeit eine dichtere Punktwolke.
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Und in der Scanlinie-Ansicht lässt sich nachvollziehen, wie die Scanlinien über den Motorblock gelaufen sind.
Foto: Hahn+Kolb

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Foto: Hexagon

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Foto: phothowi@web.de phothowi.jimdo.com

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