Berührungsloses Messen von Zahnstangen

75 Prozent weniger Prüfzeit

Berührungsloses Messen von Zahnstangen

Durch die Kombination interferometrischer und taktiler Technologien bei einem Koordinatenmessgerät mit einer Messsoftware, können Zykluszeiten bei der Prüfung von Zahnspangen um bis zu 75 Prozent reduziert werden.

 Der optische Sensor HP-O Hybrid ermöglicht ein sofortiges Umschalten zwischen taktilen und optischen Messungen innerhalb des Messprogramms, z.B. zur Messung von Zahnstangen. (Bild: Hexagon Metrology GmbH)

Bild 1 | Der optische Sensor HP-O Hybrid ermöglicht ein sofortiges Umschalten zwischen taktilen und optischen Messungen innerhalb des Messprogramms, z.B. zur Messung von Zahnstangen. (Bild: Hexagon Metrology GmbH)

Eine Zahnstange ist Teil einer Baugruppe zum Umwandeln einer Dreh- in eine lineare Bewegung. Anwendung finden Zahnstangen typischerweise in Pkws und Lkws sowie Werkzeugmaschinenantrieben und weiteren (Transport-)Antrieben. Die zuverlässige Steuerung der Serienproduktion von Hochleistungs-Lenkkomponenten wie Zahnstangen erfordert eine schnelle und präzise messtechnische Lösung. Zahnstangen werden nach der DIN/ASME-Norm auf einer Skala von 1 bis 12 klassifiziert. Die Herstellung einer Zahnstange der Qualitätsklasse 1 erfolgt durch Schleifen. Mögliche Einsatzgebiete sind Spitzenanwendungen wie Werkzeugmaschinenantriebe, bei denen eine präzise Positionierung ohne Spiel elementar ist. Im Gegensatz dazu wird eine Zahnstange der Qualitätsklasse 12 durch Fräsen hergestellt und bei Anwendungen wie z.B. Hebezeugen eingesetzt, bei denen Präzision eher sekundär ist. Um die Geometrie einer Zahnstange zu bestimmen, müssen drei Hauptmerkmale erfasst werden: Zahnprofil, Flankenprofil und Zahnteilung. Bei der herkömmlichen Zahnstangenmessung werden vier Zähnen gescannt, um so das Zahnprofil und die Flanke zu bestimmen. Für die Auswertung von Teilung und Rundlauf zum Bauteilbezug werden Einzelpunkte in den Zahnlücken erfasst. Die Zykluszeitverteilung beträgt 20 Prozent für die vier Scans und 80 Prozent für die Erfassung der Teilungspunkte. Die taktile Inspektion von Zahnstangen ist eine ausgereifte Technologie, basierend auf konventioneller Verzahnungsmesstechnik. Da die Inspektionszeit jedoch wesentlich länger als der Fertigungszyklus ist, eignet sich die taktile Inspektion als Lösung zwar für Stichprobenmessungen, jedoch nicht für die Produktionskontrolle. Idealerweise sind für einen kontrollierten Produktionsprozess Fertigung und Inspektion miteinander synchronisiert.

 Beim HP-O Hybrid handelt es sich um einen interferometrischen Abstandssensor mit einer Auflösung von 0,003µm und einem 0,011mm Spot. (Bild: Hexagon Metrology GmbH)

Bild 2 | Beim HP-O Hybrid handelt es sich um einen interferometrischen Abstandssensor mit einer Auflösung von 0,003μm und einem 0,011mm Spot. (Bild: Hexagon Metrology GmbH)

Taktile und optische Messungen

Die HP-O Sensorlösung ist eine dynamische Scanning-Technologie für Koordinatenmessgeräte, die auf frequenzmodulierten, interferometrischen optischen Abstandsmessungen basiert. Sie ermöglicht es Messtechnikern, die für die jeweilige Anwendung geeignetste Technologie zu wählen. Ideal ist der Gebrauch des optischen Sensors immer dann, wenn Geschwindigkeit, Oberflächengüte und Genauigkeit von großer Bedeutung sind. Bei schwer zugänglichen Merkmalen kommt der taktile Sensor zur Geltung. Die Zahn- und Flankenprofile beispielsweise werden mit einem taktilen Taster erfasst. Die Erfassung der Teilungspunkte unter Verwendung von taktiler Messtechnik ist dagegen sehr zeitaufwendig und macht den optischen Sensor zur idealen Lösung für diese Prüfaufgabe. Der optische Sensor HP-O Hybrid ermöglicht ein sofortiges Umschalten zwischen taktilen und optischen Messungen innerhalb des Messprogramms. Bei dem System handelt es sich um einen interferometrischen Abstandssensor mit einer Auflösung von 0,003µm und einem 0,011mm Spot. Das Gerät ermöglicht die Messung glänzender Oberflächen und ist unempfindlich gegenüber Änderungen des Umgebungslichts. Dadurch ist es ideal für die Erfassung von Daten mit hoher Dichte in Produktionsumgebungen. Anwendung findet der optische Sensor vor allem dann, wenn das axiale Profil durch eine einachsige Bewegung entlang der gesamten Länge des Racks erfasst werden soll. Die Teilungspunkte werden aus dem durchgeführten Scan extrahiert. Durch die Erfassung von bis zu 1000 Punkte pro Sekunde ist es gelungen, die Teilungsmessung als zeitaufwendigen Teil des Messprozesses deutlich zu beschleunigen. Um das volle Potenzial des HP-O Hybrids ausnutzen zu können, wird ein Koordinatenmessgerät (KMG) mit entsprechender Genauigkeit und Dynamik benötigt. Vorteil gegenüber taktilen Lösungen ist, dass lediglich die Oberflächenpunkte im Fokusbereich des Sensors erfasst werden. Zudem wird eine Minimierung der Zykluszeit durch eine schnelle und simple Programmierung und Erfassung der Bauteilmerkmale ermöglicht.

Ausgabe:
Hexagon Metrology GmbH
www.hexagon.com

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