3D Scanner
Zerstörungsfreie Dickenmessung
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Tags:
- Kunststoff
Wichtige Punkte im Überblick
- Die Modellreihe VL führt berührungslose 360°-Scans durch, um die Dicke des Bauteils zu messen.
- Erstellen Sie virtuelle Querschnitte, um komplexe oder geschlossene Wanddicken zu messen.
- Der Höhenfarbenvergleich mit CAD-Daten hebt die minimale/maximale Dicke und Reduktionszonen hervor.
- Einzelscans eliminieren Bedienerschwankungen und ermöglichen eine schnelle OK/n.i.O.-Beurteilung.
- Die zerstörungsfreie Messung erfordert kein Schneiden oder Verformen des Bauteils und liefert dadurch präzise Messdaten.
Die Messung der Dicke während der Produktprüfung kann eine Herausforderung sein. Während es einfach ist, gleichmäßig dicke Bauteile wie Folien zu messen, ist die genaue, zerstörungsfreie Messung der Dicke komplexer Formen, wie z. B. gestanzter oder geformter Kunststoffteile, schwierig.
Traditionell wird die Dicke mit Werkzeugen wie Messschiebern, Tasterlehren oder Mikrometerschrauben gemessen. Bei komplexen Formen können diese Werkzeuge den Messbereich jedoch möglicherweise nicht physisch erreichen. In solchen Fällen ist die einzige Möglichkeit eine zerstörende Prüfung, bei der die Probe für die Messung zerschnitten wird. Je nach Probe kann das Schneiden jedoch zu Verformungen führen, die die Messwerte beeinflussen.
Der optische 3D-Scanner der Modellreihe VL von KEYENCE kann diese Herausforderungen lösen. Im Folgenden werden die schwer zu messenden Formen und Materialien, die Herausforderungen herkömmlicher Messmethoden und die Lösung, die die Modellreihe VL von KEYENCE bietet, anschaulich erklärt.
Herausforderungen bei der Dickenmessung in der Fertigung
Die Herstellung von Produkten und Bauteilen aus Materialien wie Metall und Kunststoff erfordert die Auswahl geeigneter Verarbeitungsverfahren auf der Grundlage der gewünschten Form, der Anwendung und der Materialeigenschaften. Diese vielfältigen Fertigungstechniken ermöglichen zwar die Herstellung komplexer Geometrien und funktionaler Designs, bringen aber auch besondere messtechnische Herausforderungen mit sich.
Bestimmte Formen, Materialien und Verarbeitungsverfahren führen zu Bauteilen, deren Dicke besonders schwer präzise zu messen ist.
Stanzteile
Stanzen ist ein Umformverfahren, bei dem Materialien wie Metall durch Pressen gegen eine Matrize unter hohem Druck geformt werden. Diese Technik der plastischen Verformung umfasst drei Hauptverfahrenstypen: Schneiden (Scheren), Biegen und Ziehen. Die Geschwindigkeit und Effizienz des Stanzens machen es ideal für die kostengünstige Massenproduktion.
Die beim Stanzen auftretenden Kräfte bringen jedoch messtechnische Aspekte mit sich. Während der Bearbeitung ist das Material erheblichen Spannungen und Reibungen ausgesetzt, die zu Dickenschwankungen im gesamten Teil führen können. Aufgrund dieser Schwankungen ist eine Dickenmessung nach der Bearbeitung wichtig, um sicherzustellen, dass die Teile die Qualitätsspezifikationen erfüllen.
A: Pressen B: V-Nut
Biegeteile
Biegen ist ein Umformverfahren, bei dem Materialien wie Metall oder Kunststoff durch die Anwendung von Kraft oder Wärme geformt werden. Dies kann mechanisch durch Druck zum Falten des Materials oder thermisch durch Erhitzen des Materials erfolgen, um es für die Verformung biegsam zu machen.
Wenn Metall mit einer Matrize gebogen wird – ein Verfahren, das als eine Art des Stanzens eingestuft und üblicherweise als „Gesenkbiegen“ bezeichnet wird – wird erheblicher Druck ausgeübt, um das Material zu verformen. Dieser Druck erzeugt nicht nur die gewünschte Biegung, sondern führt auch zu Veränderungen der Materialdicke, insbesondere am Biegeradius, wo das Material gestaucht oder gestreckt wird.
Zerspante Teile
Die Zerspanung ist ein Verfahren, bei dem Schneidwerkzeuge eingesetzt werden, um Materialien wie Metall in die gewünschte Form zu bringen. Beim Fräsen wird Material mithilfe eines rotierenden Werkzeugs entfernt, während beim Drehen das Werkstück rotiert und ein feststehendes Werkzeug die gewünschte Form erzeugt.
Während der Zerspanung übt das Schneidwerkzeug eine erhebliche Kraft auf das Teil aus, was zu verschiedenen Faktoren führt, die die Maßhaltigkeit beeinflussen. Der Kontaktdruck und die Vibrationen des Schneideverfahrens können zu mechanischen Verformungen führen, während die beim Schneiden entstehende Wärme zu einer Wärmeausdehnung führt. Diese kombinierten Effekte verändern die Abmessungen des Teils, weshalb eine Messung nach der Bearbeitung unerlässlich ist, um zu überprüfen, ob die Teile die Spezifikationen erfüllen.
A: Schneidwerkzeug B: Werkstück
Druckgussteile
Druckguss ist ein Gießverfahren, bei dem geschmolzenes nicht-eisenhaltiges Metall wie Kupfer oder Zink unter Druck in eine Form gegossen wird. Dieser Ansatz unterscheidet den Druckguss von anderen Gießverfahren, da er eine höhere Maßhaltigkeit liefert und die Herstellung komplexer dreidimensionaler Formen ermöglicht, die mit Press- oder Stanzverfahren nur schwer oder gar nicht zu realisieren wären.
Die komplizierten Geometrien und Freiformflächen, die den Druckguss so vielseitig machen, stellen jedoch auch messtechnische Herausforderungen dar. Die komplexen Konturen von Druckgussprodukten erschweren oft eine genaue Dickenmessung mit herkömmlichen Werkzeugen.
Geformte Kunststoffteile
Die Kunststoffformung ist ein Herstellungsverfahren, bei dem Bauteile und Produkte durch Gießen von geschmolzenem Kunststoff in eine Form hergestellt werden. Das gängigste Verfahren ist das Spritzgießen: erhitzter Kunststoff wird in den Formhohlraum eingespritzt, unter Druck gehalten und anschließend abgekühlt, sodass das fertige Bauteil entsteht.
Dieses Verfahren eignet sich hervorragend für die schnelle Herstellung dünnwandiger Bauteile mit komplexen Geometrien. Spritzgussteile stellen jedoch besondere messtechnische
Herausforderungen dar. Ihre komplizierten Formen haben oft Bereiche, die mit herkömmlichen Messschiebern schwer oder gar nicht zu erreichen sind. Außerdem können taktile Messinstrumente je nach Materialeigenschaften zu Verformungen führen, was die präzise Dickenmessung besonders schwierig macht.
A: Formling B: Form
Formlinge und blasgeformte Teile
PET-Flaschen und ähnliche Behälter sind typische Beispiele für geformte Kunststoffteile mit schwer zu messender Dicke. Ihre geschlossene Bauweise verhindert, dass Messschieber auf die Innenflächen zugreifen können, was herkömmliche Messmethoden unpraktisch macht.
Diese Flaschen werden typischerweise in einem zweistufigen Prozess hergestellt: dem Spritzgießen von Formlingen, gefolgt vom Blasformen.
Methoden zur Dickenmessung: Möglichkeiten und Grenzen
Die Messung der Blech- und Wanddicke bei gefertigten Teilen erfordert je nach Geometrie, Material und Zugänglichkeit des Messbereichs unterschiedliche Ansätze. Jede Methode bietet eindeutige Vorteile, steht aber auch vor spezifischen Herausforderungen, die sich auf die Genauigkeit und Anwendbarkeit auswirken.
Messschieber und Tasterlehren
Messschieber und Tasterlehren gehören zu den am weitesten verbreiteten Werkzeugen zur Messung der Produktdicke. Messschieber messen Länge, Außendurchmesser, Innendurchmesser und Dicke. Tasterlehren (auch Dickenmessgeräte genannt) sind scherenartige Instrumente, die Abmessungen ermitteln, indem das Werkstück zwischen die Tastspitzen geklemmt wird.
Beide Werkzeuge sind einfach zu bedienen, haben aber mehrere Einschränkungen bei der Dickenmessung:
Eingeschränkte Zugänglichkeit: Die Backen oder Messtaster können nicht immer die Messstelle erreichen, insbesondere bei komplexen Geometrien, innenliegenden Merkmalen oder vertieften Bereichen.
Einzelpunktmessung: Da diese Instrumente die Dicke nur an einer einzigen Stelle erfassen, können sie kein vollständiges Bild der Maßmerkmale des Teils liefern, wie z. B. die Identifizierung der maximalen oder minimalen Dicke über eine Oberfläche hinweg.
Kontaktbedingte Verformung: Als taktile Messwerkzeuge üben sowohl Messschieber als auch Tasterlehren mechanischen Druck auf den Messbereich aus. Dieser Druck kann weiche Materialien oder dünnwandige Teile verformen, was die Messgenauigkeit beeinträchtigt.
Infrarot-/Strahlungs-Dickenmessgeräte
Für Anwendungen, bei denen eine taktile Messung unpraktisch ist, bieten Infrarot- und Strahlungs-Dickenmessgeräte berührungslose Alternativen. Infrarot-Messgeräte messen die Dicke, indem sie die Transmissionseigenschaften von Infrarotlicht durch bestimmte Materialien nutzen. Strahlungsmessgeräte hingegen bestimmen die Dicke, indem sie messen, wie viel Strahlung beim Durchgang durch die Probe absorbiert wird.
Der berührungslose Charakter dieser Methoden eliminiert das Risiko der Verformung empfindlicher oder weicher Materialien. Beide Technologien erfordern jedoch großtechnische Anlagen, die kostspielig und platzintensiv sein können. Darüber hinaus messen diese Instrumente, ähnlich wie Einzelpunkt-Kontaktmessgeräte, die Dicke an diskreten Stellen, anstatt umfassende Oberflächenprofile zu erfassen, was ihre Fähigkeit einschränkt, die gesamte Geometrie des Teils zu charakterisieren oder lokalisierte Abweichungen über das Teil hinweg zu identifizieren.
Zerstörende Prüfung
Wenn Messpunkte für kontaktbasierte Werkzeuge unzugänglich sind und berührungslose Methoden nicht zur Verfügung stehen, ist der herkömmliche Ansatz die zerstörende Messung, bei welcher das Teil physisch zerschnitten wird, um eine Querschnitssprobe zu ermitteln. Obwohl diese Methode interne Dickenabmessungen aufdecken kann, hat sie mehrere erhebliche Nachteile:
Prozessbedingte Fehler: Das Schneideverfahren selbst kann die Abmessungen verändern, insbesondere bei geformten Kunststoffteilen. Wärme, mechanische Beanspruchung und Materialverformung während des Schneidens können die Messgenauigkeit beeinträchtigen.
Probenzerstörung: Da das Teil zerstört werden muss, um Messungen zu erhalten, ist dieser Ansatz von Natur aus verschwenderisch. Dadurch wird auch eine 100%-Prüfung unmöglich, sodass nur eine stichprobenbasierte Qualitätskontrolle durchgeführt werden kann, was die Möglichkeit offenlässt, dass fehlerhafte Teile unentdeckt bleiben.
Begrenzte Datenerfassung: Selbst nach dem Schneiden wird die Dicke typischerweise mit Messschiebern oder Tasterlehren am freigelegten Querschnitt gemessen. Dies liefert nur punktbasierte Messungen an der Schnittstelle und bietet daher keine Einblicke in Dickenabweichungen oder in Oberflächenprofilmerkmale.
Aus diesen Gründen wird die zerstörende Prüfung nur als letzte Option verwendet, wenn alternative Messverfahren ausscheiden.
Herausforderungen herkömmlicher Messverfahren
Obwohl es mehrere Verfahren zur Dickenmessung gibt, haben sie eine grundlegende Einschränkung gemeinsam: Die meisten herkömmlichen Techniken erfassen Daten an diskreten Punkten anstatt über ganze Oberflächen. Dieser punktbasierte Ansatz erschwert es, die vollständige Geometrie des Bauteils zu charakterisieren oder kritische Maßmerkmale wie die Stellen der maximalen und minimalen Dicke zu identifizieren.
Um diese Einschränkung auszugleichen, müssen Anwender Messungen an zahlreichen Punkten des Teils durchführen, was sowohl zeit- als auch arbeitsintensiv ist. Selbst bei mehreren Messungen bedeuten Lücken zwischen den Abtastpunkten, dass lokale Abweichungen oder Defekte unentdeckt bleiben können. Dies führt zu einem Kompromiss zwischen Messgründlichkeit und praktischer Effizienz, was Hersteller oft im Ungewissen darüber lässt, ob ihre Qualitätsbewertung wirklich das vollständige Profil ihrer Teile erfasst.
Möglichkeiten zur zerstörungsfreien Messung der Dicke
Um die Einschränkungen herkömmlicher Dickenmessmethoden zu überwinden, bietet der optische 3D Scanner der Modellreihe VL von KEYENCE eine umfassende Lösung, die berührungslose Messung mit flächendeckender Datenerfassung kombiniert:
Vollständig berührungslose Messung: Die Modellreihe VL verwendet 3D-Scantechnologie, um die Dicke ohne physischen Kontakt zu messen, wodurch Verformungsrisiken im Zusammenhang mit Messschiebern, Schneiden oder anderen mechanischen Messtastern eliminiert werden. Dies ermöglicht die genaue Messung von weichen Materialien, dünnwandigen Teilen und empfindlichen Komponenten.
Ganzflächige Charakterisierung: Im Gegensatz zu punktbasierten Methoden erfasst die Modellreihe VL die vollständige 3D-Geometrie sowohl der Vorder- als auch der Rückseite, unabhängig von der Komplexität des Teils. Dies liefert ein umfassendes Dickenprofil über das gesamte Teil, das Maximal- und Minimalwerte sowie lokalisierte Abweichungen aufzeigt, die bei diskreten Messungen übersehen werden könnten.
Geschwindigkeit und Konsistenz: Das System scannt das Bauteil innerhalb weniger Augenblicke, was die Messzeit im Vergleich zu manuellen Mehrpunkt-Ansätzen drastisch reduziert. Der automatisierte Scanprozess eliminiert auch die Variabilität von unterschiedlichen Anwendern und gewährleistet somit wiederholbare und zuverlässige Ergebnisse.
Vorteil 1: Visuelle Dickenanalyse mit Farbkartierung
Die Modellreihe VL verwandelt die Dickenmessung von diskreten numerischen Werten in eine umfassende visuelle Analyse durch eine Farbkartendarstellung. Diese Funktion zeigt Dickenabweichungen über die gesamte Oberfläche des Teils mithilfe eines intuitiven Farbverlaufs an, was es einfach macht, Bereiche zu identifizieren, die von den Designvorgaben abweichen.
Nach der Erfassung der vollständigen 3D-Geometrie durch einen 360°-Scan vergleicht das System die gemessene Dicke mit den Sollwerten an jedem Punkt der Oberfläche. Dickenabweichungen werden dann als Falschfarbendarstellung angezeigt, wobei verschiedene Farben darstellen, wie stark jeder Bereich die Zieldimensionen über- oder unterschreitet. Dies ermöglicht es Ihnen, potenzielle Fehlerbereiche, dünne Stellen oder übermäßigen Materialaufbau, die auf Formprobleme, ungleichmäßige Materialverteilung oder Prozessprobleme hinweisen könnten, sofort zu erkennen.
Im Gegensatz zu punktbasierten Methoden, bei denen einzelne Messungen gedanklich verbunden werden müssen, um die Gesamtqualität des Bauteils zu verstehen, bietet die Falschfarbendarstellung ein sofortiges visuelles Feedback über die gesamte Oberfläche. Kritische Bereiche fallen sofort auf, was eine schnellere Entscheidungsfindung und eine effizientere Qualitätskontrolle ermöglicht.
Vorteil 2: Einfache, zerstörungsfreie Messung komplexer Formen
Herkömmliche Methoden hatten Schwierigkeiten mit komplexen Geometrien, da innenliegende Merkmale und schwer zugängliche Bereiche ein Zerschneiden der Probe erforderten. Die Modellreihe VL beseitigt diese Einschränkung, indem sie die vollständige 3D-Geometrie zerstörungsfrei erfasst und so die Dickenmessung selbst der kompliziertesten Formen ermöglicht, ohne das Bauteil zu beschädigen.
Nach dem Scannen können Sie an jeder beliebigen Stelle und in jedem Winkel virtuelle Querschnitte erstellen, um die innere Wandstärke zu analysieren, Tiefenprofile zu messen oder Merkmale zu prüfen, die mit taktilen Messmitteln unzugänglich wären. Diese virtuelle Schnittdarstellung liefert die gleichen Erkenntnisse wie das physische Zerschneiden, jedoch ohne die Probe zu zerstören.
Das System erkennt auch automatisch die Bauteilgröße und passt die Scanparameter an, sodass Komponenten unterschiedlicher Größenordnungen ohne manuelle Konfiguration verarbeitet werden können. Dies eliminiert den aufwändigen Aufbau von Vorrichtungen und die komplexe Programmierung und ermöglicht die Messung komplexer Geometrien mit minimaler Vorbereitung.
Der automatisierte Scanvorgang liefert eine hohe Wiederholgenauigkeit, unabhängig von der Erfahrung des Anwenders. Im Gegensatz zu manuellen Methoden, bei denen die Messqualität von den Fähigkeiten und der Technik des Bedieners abhängt, stellt die Modellreihe VL sicher, dass jeder Scan die gleichen umfassenden Daten erfasst, wodurch Abweichungen vermieden und der Schulungsaufwand reduziert wird.
Durch die Kombination von berührungslosen 3D-Aufnahmen mit intelligenter Automatisierung macht die Modellreihe VL die Dickenmessung komplexer Formen einfach und zugänglich.
Vorteil 3: Messung von Freiformflächen und unzugänglichen Merkmalen
Freiformflächen mit komplexen Kurven und Konturen stellen für herkömmliche Messwerkzeuge eine große Herausforderung dar. Messschieber können sich nicht an gekrümmte Oberflächen anpassen, um die Dicke genau zu messen, während herkömmliche taktile KMGs bei der Messung von überlappenden Merkmalen, inneren Hohlräumen oder geschlossenen Geometrien versagen, bei denen die Tastspitze physisch nicht hingelangen kann.
Die Modellreihe VL überwindet diese Einschränkungen durch berührungslose 3D-Scans. Durch die Erfassung der vollständigen äußeren Geometrie ermöglicht das System die Erstellung virtueller Querschnitte an jeder beliebigen Stelle und in jedem Winkel, einschließlich Bereichen, die für einen Messtaster physisch unzugänglich wären. Dies ermöglicht es, die Wandstärke in gekrümmten Abschnitten zu messen, überlappende Merkmale zu analysieren und interne Strukturen ohne physischen Zugang zu inspizieren.
Über die direkte Dickenmessung hinaus kann die Modellreihe VL 3D-CAD-Daten für einen umfassenden Vergleich mit den Konstruktionsvorgaben importieren. Das System legt die gemessene Geometrie über das CAD-Modell, um Abweichungen über die gesamte Oberfläche zu berechnen und sofort aufzuzeigen, wo das Bauteil von den Spezifikationen abweicht. Dieser Vergleich identifiziert nicht nur Dickenabweichungen, sondern auch Maßverschiebungen, Verzug oder Formfehler. Anwender können sogar 3D-Scans miteinander vergleichen, um Änderungen im Herstellungsprozess zu überwachen.
Die Ergebnisse können als Falschfarbendarstellung angezeigt werden, die das Ausmaß der Abweichung über das gesamte Bauteil darstellt, was die Beurteilung der Konformität mit den Konstruktionsanforderungen erleichtert. Diese visuelle Analyse hebt Bereiche, die die Toleranzgrenzen überschreiten, hervor und ermöglicht schnelle Qualitätsentscheidungen selbst für die komplexesten Freiformgeometrien.
Zerstörungsfreie und genaue Dickenmessung
Der optische 3D Scanner der Modellreihe VL von KEYENCE verwandelt die Dickenmessung von einem anspruchsvollen, zeitaufwändigen Prozess in einen schnellen, zuverlässigen und zerstörungsfreien Vorgang – unabhängig von der Komplexität des Bauteils oder dem Material.
Wichtige Funktionen
- Erstellen Sie virtuelle Querschnitte an jeder beliebigen Stelle, um die Dicke von Freiformflächen, gekrümmten Merkmalen und unzugänglichen Bereichen zu messen, an denen herkömmliche Werkzeuge oft scheitern.
- Vergleichen Sie die gemessene Dicke mit den Konstruktionsspezifikationen und zeigen Sie Abweichungen als intuitive Falschfarbendarstellungen für eine sofortige Qualitätsbeurteilung an.
- Messen Sie empfindliche Materialien, dünnwandige Teile und weiche Kunststoffe ohne das Risiko von Verformung oder Beschädigung.
Vorteile im Betrieb
- Führen Sie vollständige 3D-Scans in nur wenigen Augenblicken durch, was die Messzeit im Vergleich zu manuellen Mehrpunktverfahren drastisch reduziert.
- Das berührungslose, automatisierte Scannen eliminiert Abweichungen zwischen verschiedenen Bedienern und gewährleistet reproduzierbare Ergebnisse unabhängig von der Erfahrung des Anwenders.
- Quantitative Vergleichswerkzeuge und die visuelle Darstellung von Abweichungen machen OK/n.i.O.-Entscheidungen unkompliziert und optimieren die Prüfabläufe.
- Die Modellreihe VL bietet eine umfassende, präzise und zerstörungsfreie Dickenmessung für jede Form und jedes Material, was zu einer optimierten Qualitätskontrolle beiträgt.
