Ultraschalltaster
Wandstärkemessung großer Bauteile direkt auf Werkzeugmaschinen
Die verbleibende Wandstärke von Bauteilen nach der Zerspanung ist eine zunehmend wichtigere Information. Mit einem neu entwickelten Ultraschall-Messtaster kann dieses Kriterium nun direkt in der Maschine wiederholbar gemessen und protokolliert werden.
Mit dem RWP20.50-G-UTP steht erstmalig ein Ultraschall-Messtaster für das Messen in Werkzeugmaschinen zur Verfügung, der im automatischen Programmablauf aus dem Werkzeugmagazin abgerufen und eingesetzt werden kann. (Bild: Hexagon Metrology GmbH)
Gewichtsoptimierung, Wärmetausch, gleichmäßige Kühlung, Festigkeitsgarantien und vieles mehr sind bei der Fertigung von Bauteilen und Komponenten maßgebliche Kriterien, die bereits in der Zerspanung von Werkstücken Berücksichtigung finden. Zudem sind sie zunehmend auch Kontrollgrößen, die protokolliert werden müssen. Aus Gründen der Gewichtsminimierung werden z.B. große Flächenteile in der Luftfahrtindustrie in sogenannter Waben-Bauweise gefertigt. Diese, bis zu 4x10m großen, Bauteile erhalten auf einer Seite eine Formgebung, die oftmals leicht sphärische Krümmungen aufweist, während in die andere Seite viele wabenförmige Taschen gefräst werden. Bauteile mit bis zu 160 solcher Pockets sind nicht selten. Dabei kommt es wegen der geforderten Festigkeit und des eng tolerierten Gewichtes darauf an, dass die verbleibende Materialstärke der gefrästen Taschen genau eingehalten wird. In der üblichen Fertigungsweise werden bisher alle Waben der jeweils ersten Werkstücke nach der Zerspanung manuell mit Ultraschall auf die verbliebene Materialdicke hin geprüft. Damit sind meist zwei Prüfer mehrere Stunden beschäftigt. Man geht von mindestens 15s je Messpunkt aus, was bei 160 Waben, die an zwei Punkten geprüft werden, einem Zeitaufwand von 80 Minuten je Prüfer oder 160 Minuten entspricht. Trotz speziell geschultem Personal kann es dabei immer wieder zu Fehlern und schwer nachvollziehbaren Prozessunsicherheiten kommen. Messungenauigkeiten, Kabelbrüche und gelegentlich Schnitte an scharfen Kanten sind nicht selten. Außerdem benötigen die manuell geführten Ultraschallköpfe ein sogenanntes Kopplungsmittel, um die Schallwellen in das Werkstück einleiten zu können.
Ultraschall in Werkzeugmaschine
Diversen Kundenanfragen folgend hat sich Hexagon der Problematik angenommen und nun die Ultraschalltechnik in seine Messtaster integriert. Aufgrund der modularen Bauweise der Taster, können in ein und demselben Tasterkörper aus Edelstahl unterschiedliche Messwerke betrieben werden, da diese einfach aus- und eingeschraubt werden. Mit dem patentierten Verfahren zur Wandstärkenmessung in der Werkzeugmaschine per Ultraschall zeigt Hexagon neue Wege, um Wandstärken automatisch auf der Maschine zu messen. Der Messtaster hat einen Sensorkopf mit einem Durchmesser von 15mm, der in Z-Richtung in die Werkstücktaschen eintaucht, bzw. auf das zu messende Werkstück aufgesetzt wird. Mit dem Aufsetzen des Sensors auf das Werkstück wird automatisch die Position ausgelesen und protokolliert. Zuvor wurde der Ultraschallsensor an einem Meisterstück kalibriert. Anders als bei der manuellen Ultraschall-Messung bedarf es zur Einleitung des Ultraschallsignals keines zusätzlichen Kopplungsmediums, wie dies sonst mittels Gel oder Wasser üblich ist. Daher findet auch keine Kontamination des Werkstücks statt, die anschließend wieder beseitigt werden müsste. Anhand der Responsezeit zwischen Aussendung des Signals und dessen Rückwurf lässt sich die tatsächliche Materialstärke mit einer Genauigkeit von 10m bestimmen. Diese wird mit dem Positionswert automatisch an die Steuerung gemeldet und protokolliert, bevor der Taster zur nächsten Messstelle verfahren wird.
Patentierte Innovation
Im Programmablauf auf der Maschine können so beliebig viele Punkte angefahren, gemessen und protokolliert werden. Die Messwerte können an PPS-Systeme weitergegeben und in Datenbanken, Tabellenwerken und Statistiksoftwares verarbeitet werden. Somit ist jederzeit eine gezielte Korrektur der Bearbeitungsparameter möglich, was die Einhaltung von Fertigungstoleranzen sichert. Gleichzeitig entsteht eine vollständige Fertigungsdokumentation des Werkstücks. Mit dem RWP20.50-G-UTP genannten System steht nun erstmalig ein Ultraschall-Messtaster als industrieller Standard für das Messen in Werkzeugmaschinen zur Verfügung, der im automatischen Programmablauf aus dem Werkzeugmagazin abgerufen und eingesetzt werden kann. Alle benötigten Zyklen werden von Hexagon entwickelt und passen zu den Steuerungen von Siemens 840D, Heidenhain TNC6x0 oder iTNC530 und Fanuc FAN. Der Messtaster kommuniziert mit dem Funk-Empfänger RWR95.51. Der Standard-Sensorkopf des UTP47.10 von Hexagon ist für alle metallischen Werkstoffe geeignet und kann Wandstärken verschiedenster Größen messen.
