Optimierung der Maßhaltigkeitsprüfung von Holzprodukten
Holz hat viele Vorteile als Material für Gebäude, Möbel und sogar für Gussmodelle und -formen. Zu seinen Vorteilen gehören ein schönes Aussehen, eine gute Verarbeitbarkeit und eine hohe Verfügbarkeit.
Aber Holz hat auch Nachteile. Holz hat eine geringe Feuerbeständigkeit und eine je nach Faserrichtung variierende Festigkeit. Zudem kann Holz durch Verzug schrumpfen und sich verformen. Der größte Nachteil sind jedoch die Qualitätsschwankungen.
Um eine stabile Qualität zu erhalten und gleichzeitig die Vorteile des Holzes zu nutzen und seine Nachteile zu minimieren, ist es notwendig, das Holz mit einer geeigneten Maßhaltigkeitsprüfung zu prüfen.
In diesem Abschnitt werden grundlegende Kenntnisse über Holz und Holzprodukte erläutert, wie z. B. Verformungsmechanismen, die Notwendigkeit der Maßhaltigkeitsprüfung und Vorsichtsmaßnahmen bei Messungen. Außerdem werden die Unterschiede in der Effizienz der Messungen, die sich aus den unterschiedlichen Messgeräten ergeben, sowie verschiedene Beispiele für die Optimierung dieser Messungen vorgestellt.
- Was ist ein Holzprodukt?
- Ursachen für Verzug und Wölbung von Holzprodukten
- Was ist Schnittholz?
- Notwendigkeit der Maßhaltigkeitsprüfung von Holzprodukten
- Maßhaltigkeitsprüfung von Holzprodukten
- Probleme der Maßhaltigkeitsprüfung von Holzprodukten und ihre Lösungen
- Optimierung der Maßhaltigkeitsprüfung von Holzprodukten
Was ist ein Holzprodukt?
Das Holz von Bäumen wird als Rohstoff verwendet oder zu Schnittholz verarbeitet. Die Begriffe Holz und Schnittholz werden oft verwechselt. Schnittholz ist Holz, das in bestimmte Längen und Größen geschnitten wurde, um es für den Bau von Gebäuden oder die Herstellung von Produkten zu verwenden.
Neben den sensorischen Vorteilen, wie z. B. der natürlichen und angenehmen Textur, verfügen Holzprodukte über Eigenschaften, die bei Metall, Kunststoff oder anderen Materialien nicht zu finden sind, wie z. B. die Fähigkeit, eine konstante Temperatur und Luftfeuchtigkeit aufrechtzuerhalten, die Verarbeitbarkeit mit hoher Designflexibilität und die hohen Wärmedämmeigenschaften. Unter diesen Eigenschaften ist die Feuchtigkeitsregulierung bzw. die Aufrechterhaltung einer konstanten Luftfeuchtigkeit ein großer Vorteil von Holz, da es bei zu hoher Luftfeuchtigkeit Feuchtigkeit aufnimmt und bei zu trockener Luft Feuchtigkeit abgibt.
Holz ist außerdem eine umweltfreundliche Ressource, da es recycelt werden kann und durch die Anpflanzung von Bäumen nach der Abholzung Ressourcenkreisläufe geschaffen werden können. Zu den Produkten aus Holz, die sich die oben genannten Vorteile zunutze machen, gehören nicht nur weithin bekannte Gegenstände wie Möbel, Träger und Balken für Häuser, sondern auch Holzgussmodelle und -formen.
Ursachen für Verzug und Wölbung von Holzprodukten
Holz hat viele Vorteile, aber gleichzeitig verformt es sich leicht und verfügt mit Verzug und Wölbung noch über einige andere Nachteile. Holz verzieht und wölbt sich aus verschiedenen Gründen. Einer der wichtigsten Faktoren hierfür ist die Veränderung des Wassergehalts im Holz.
Holz atmet ständig. Der Wassergehalt von Holz variiert, da Holz wie beim Atmen einen Zyklus von Wasserabgabe und -aufnahme durchläuft. Typisches Holz dehnt sich aus, wenn sein Wassergehalt hoch ist, und schrumpft, wenn sein Wassergehalt niedrig ist. Die Veränderung des Wassergehalts unterscheidet sich zwischen dem Kernholz aus dem Zentrum eines Baumes und dem Splintholz aus den äußeren Schichten, was zu Unterschieden in Ausdehnung und Kontraktion führt. Ausdehnung und Kontraktion unterscheiden sich auch in Abhängigkeit von der Faserrichtung. Diese Unterschiede in der Ausdehnung und Kontraktion führen zu Verzug und Wölbung.
Holz verzieht oder wölbt sich am ehesten bei einem Wassergehalt von 20 bis 30%. Um diese Mängel zu vermeiden, wird das Holz in der Regel vollständig getrocknet, seine Oberfläche beschichtet oder es werden andere Maßnahmen ergriffen. Darüber hinaus wurde Holz entwickelt, das sich nicht so leicht verzieht oder wölbt, wie z. B. verarbeitetes Holz, einschließlich Sperrholz, und Holzwerkstoffe*, zu denen Leimholz und Kreuzlagenholz gehören.
- Holzwerkstoff:
- Holzwerkstoffe sind eine Art von Holz, das entwickelt wurde, um die Nachteile von Holz zu überwinden. In jüngster Zeit wurden Technologien entwickelt, die die Nachteile wie Verzug, Wölbung und besonders große Festigkeitsschwankungen durch eine sekundäre Verarbeitung des Holzes ausgleichen. Typische Beispiele für Holzwerkstoffe sind laminiertes Holz und Kreuzlagenholz.
Was ist Schnittholz?
Bei Schnittholz handelt es sich um Holzprodukte, die in Produktionsstätten maschinell bearbeitet wurden. Die Verarbeitung von Verbindungen für horizontale und abgewinkelte Anschlüsse und Metallbeschläge von Trägern und Balken, die für Holzhäuser verwendet werden, wird in der Regel von Handwerkern wie Zimmermännern manuell durchgeführt. Die Mechanisierung dieser Arbeit kann die Genauigkeit der Teileverarbeitung verbessern, die Qualität stabilisieren, die Arbeit auf den Baustellen reduzieren, die Bauzeit verkürzen und weitere Vorteile bringen. Schnittholz wird auch verwendet, um den Mehrwert von Holzteilen zu verbessern, den Vertrieb und Verkauf zu rationalisieren, die Nachfrage nach Holzhäusern zu steigern und andere Vorteile von Holzteilen zu erhöhen.
Mit der jüngsten Einführung von vollautomatischen CAD/CAM-Systemen ist es möglich geworden, Träger, Balken, Lamellen, Paneele und andere Materialien für Holzhäuser mit hoher Genauigkeit zu bearbeiten. Die mit CAD erstellten Bearbeitungsdaten eines Holzhauses, wie z. B. 2D- und 3D-Diagramme, werden an CAM übertragen, das dann automatisch Schnittholz zuschneidet. Ein umfassendes Management von Wohnungsbauprozessen, einschließlich Qualitätskontrolle und Standardisierung von Holzprodukten, Bauplanung und -ausführung, wird nun möglich.
- Bauweise mit Holzrahmen:
- Bei dieser Methode werden Träger und Balken für den Bau eines Hauses kombiniert. Dies ist die in Japan am häufigsten verwendete Methode.
Notwendigkeit der Maßhaltigkeitsprüfung von Holzprodukten
Die feuchtigkeitsspeichernden Eigenschaften und die hochflexible Verarbeitbarkeit von Holz können Maßfehler verursachen. Aus diesem Grund müssen Holzprodukte durch Messung ihrer Maße streng kontrolliert werden.
Schnittholz
Durch die Verarbeitung von Holzwerkstoffen, wie z. B. Schichtholz, das sich nicht so leicht verformt, mit computergesteuerten Werkzeugmaschinen wird Schnittholz mit hochpräzisen Abmessungen und Formen hergestellt. Bearbeitungsfehler können jedoch aufgrund einer falschen CAD-Dateneingabe oder einer Fehlfunktion der Werkzeugmaschine auftreten. Zum Beispiel kann ein Haus nicht wie geplant aus Holzprodukten mit falschen Abmessungen gebaut werden. Wenn die Form und die Abmessungen von Verbindungen für abgewinkelte Anschlüsse eine geringe Genauigkeit aufweisen, muss dies vor Ort korrigiert werden. Diese Probleme werden ernsthafte Beschwerden nach sich ziehen.
Baumaterialien und Möbel
Holz kann sich aufgrund seiner Beschaffenheit, der Feuchtigkeit, der Trockenheit und anderer Faktoren verformen, auch nachdem es auf viele verschiedene Arten bearbeitet wurde. Verformungen können überall dort auftreten, wo Holz verwendet wird, z. B. beim Hausbau und bei Möbeln. Sie können zu Problemen führen, wie beispielsweise zu Fehlern bei der Passung von horizontalen und abgewinkelten Verbindungen und Beschlägen während der Konstruktion oder Montage. Wenn dies der Fall ist, ist eine Bearbeitung vor Ort erforderlich.
Holzgussmodelle und -formen
Holzgussmodelle und -formen unterstützen das Gießen von Vollformen. Das Vollformgussverfahren eignet sich für kleine Stückzahlen, auch für Einzelprodukte, und seine hohe Verarbeitungsflexibilität ermöglicht das Gießen komplexer Formen zu geringen Kosten. Sind Holzgussmodelle und -formen durch unsachgemäße Lagerung verformt oder durch unzureichende Wartung abgenutzt, sind alle damit hergestellten Gussstücke mangelhaft. Beim Gießen sind Holzmodelle und -formen die wichtigsten Teile, die die Maßgenauigkeit der Gussteile bestimmen. Ihre Abmessungen müssen vor dem Gebrauch gemessen werden.
Maßhaltigkeitsprüfung von Holzprodukten
Anders als bei maschinell bearbeiteten Produkten aus Metall oder Kunststoff ist bei Holzprodukten keine hohe Maßgenauigkeit erforderlich. Holz verformt sich jedoch leicht, sodass es in einigen Prozessen, wie z. B. beim Trocknen, bei der Bearbeitung und bei der Herstellung von Produkten, durch sequenzielle Messungen überprüft werden muss.
Punkte für die Maßhaltigkeitsprüfung von Holzprodukten
Bei Holzprodukten müssen Verzug, Verwerfung und Abnutzung durch Maßhaltigkeitsprüfungen überprüft werden. In diesem Abschnitt wird die Maßhaltigkeitsprüfung von Schnittholz, Möbeln sowie von Holzgussmodellen und -formen erläutert.
Verzug und Verwerfung von Schnittholz und Abmessungen von Verbindungen für Winkelverbindungen
Schnittholz, das in Produktionsstätten in die gewünschten Formen geschnitten wurde, besteht aus Holz, das auch bei Feuchtigkeit nicht leicht verformt, aber es kann sich dennoch wölben oder verwerfen. Vor allem bei langen, vorgeschnittenen Hölzern ist die Wahrscheinlichkeit größer, dass sie sich verformen. Das bedeutet, dass die Maße des Schnittholzes vor und nach dem Vorschneiden gemessen werden müssen. Die Form und die Abmessungen von Verbindungen für abgewinkelte Anschlüsse sowie die Abmessungen der Schraubenlöcher und die Abstände der Beschläge müssen ebenfalls überprüft werden, da diese Elemente die Genauigkeit der Konstruktion stark beeinflussen.
Verzug, Verwerfung und Dübelpositionen von Holzmöbeln
Verzug und Verwerfung von Holzmöbeln können bei der Montage zu Belastungen führen. Verzug und Verwerfungen wirken sich auch auf die Langlebigkeit, das Öffnen und Schließen von Türen und die Dichtungsleistung aus. Daher sind die Außenmaße von zusammengebauten Möbeln zusätzlich zu den Abmessungen ihrer Teile wichtige Messpunkte. Die Position der Dübel und die Abstände der Dübellöcher sind ebenfalls wichtige Messpunkte.
Form von Holzgussmodellen und -formen
Viele Holzgussmodelle und -formen werden anhand von CAD-Daten automatisch bearbeitet. Maßänderungen nach der Herstellung, wie z. B. Verformungen durch Feuchtigkeit und Verschleiß während des Gebrauchs, wirken sich jedoch direkt auf die Maßgenauigkeit von Gussteilen aus. Ihre Abmessungen sind wichtige Messpunkte, die mit CAD-Daten verglichen werden müssen.
Probleme der Maßhaltigkeitsprüfung von Holzprodukten und ihre Lösungen
Bei der Herstellung von Bau- und Möbelteilen ist es wichtig, nicht nur die Abmessungen der Teile zu messen, sondern auch Elemente wie Rechtwinkligkeit und Parallelität nach der Konstruktion oder Montage. Eine dreidimensionale Messung ist auch deshalb erforderlich, weil viele Holzgussmodelle und -formen komplexe Formen aufweisen.
Diese Messungen werden mit Messschiebern, Maßbändern und ähnlichen Werkzeugen durchgeführt. Für die Messung von langen Teilen sind jedoch mehrere Mitarbeiter erforderlich, sodass die Messungen und Anpassungen viel Zeit und Mühe kosten und sich auf den Liefertermin auswirken. Außerdem können 3D-Formen nicht direkt mit Handmessmitteln wie Messschiebern und Maßbändern gemessen werden. Daher werden für diese Messungen Messarme verwendet. Anwender, die die Messung durchführen, müssen jedoch über detaillierte Kenntnisse der Messung und der Verwendung von Messarmen verfügen. Darüber hinaus müssen Messarme über Analysefunktionen wie Ausgabefunktionen verfügen, die einen Vergleich mit CAD-Daten und die Erstellung von CAD-Daten aus Messdaten ermöglichen.
Um diese Probleme zu lösen, werden in immer mehr Fällen die neuesten 3D-Koordinatenmessgeräte (CMM) eingesetzt.
Das Mobile 3D-Koordinatenmessgerät der Modellreihe WM von KEYENCE ermöglicht die hochpräzise Messung von Trägern und Balken mit einer Länge von mehreren Metern mit dem kabellosen Messtaster. Selbst vertiefte Bereiche von Produkten können ohne Bewegungseinschränkungen innerhalb des Messbereichs erreicht werden, was eine Messung durch eine einzelne Person ermöglicht, indem das Messobjekt einfach mit dem Messtaster berührt wird. Im Gegensatz zu Messungen mit Messinstrumenten wie Messschiebern und Maßbändern variieren die Ergebnisse nicht, was eine quantitative Messung ermöglicht. Die Modellreihe WM ist außerdem mit Funktionen ausgestattet, die Messdaten mit CAD-Daten vergleichen und CAD-Daten aus Messdaten erstellen können.
Messung von Verzug und Verwerfung von Schnittholz und Maßhaltigkeitsprüfung von Winkelverbindungen
Großflächige Schnittholzabmessungen sowie Positionen und Abstände von Metallbeschlägen werden von mehreren Mitarbeitern mit Maßbändern gemessen. Verzug und Verwerfung werden mit Lasernivelliergeräten gemessen, während die Abmessungen und die Ebenheit von Verbindungen für Winkelverbindungen mit Maßbändern und Winkellehren gemessen werden.
Aufgrund der großen Anzahl von Messpunkten ist diese Arbeit jedoch sehr zeitaufwändig. Zudem variieren die Messwerte je nach Winkel und Stärke, wenn die Anwender Messgeräte am Messobjekt anbringen. Zudem ist es auch schwierig, die Prüfbedingungen und Prüfpunkte genau zu erfassen, was die Verwaltung der Messdaten und die Erstellung von Prüfberichten erschwert.
Mit der Modellreihe WM kann der Bediener Messungen durchführen, indem er den Messtaster einfach an den zu messenden Stellen anlegt. Durch einfaches Berühren des Messobjekts mit dem Messtaster kann der Bediener nicht nur die Außenmaße von vorgeschnittenem Holz messen, sondern auch die Positionen und Abstände von Metallbeschlägen sowie die Abmessungen und Ebenheit von Verbindungen für Winkelverbindungen. Darüber hinaus ist es auch möglich, 3D-Formen wie Verzug und Verwerfung direkt zu messen.
Darüber hinaus können Prüfberichte automatisch mit Fotos erstellt werden, die die Erfassung der Messpunkte auf einen Blick ermöglichen. Mit diesen Prüfberichten können Sie nicht nur das Vertrauen Ihrer Geschäftspartner gewinnen, sondern auch Messergebnisse als digitale Daten speichern, was zu einer höheren Effizienz der internen Datenverwaltung führt.
Prüfung von Maßhaltigkeit, Verzug und Verwerfung von Holzmöbeln
Die Abmessungen, Winkel, Verformungen, Verwerfungen und Dübelpositionen von Holzmöbelteilen beeinflussen die Montagegenauigkeit. Daher sind Maßkontrollen nicht nur während der Herstellung, sondern auch nach der Montage wichtig.
Die Abmessungen, Winkel und Dübelpositionen von Holzmöbelteilen werden mit Maßbändern gemessen. Allerdings sind für solche Messungen mehrere Mitarbeiter erforderlich, was sie ineffizient macht. Zudem erwies es sich als schwierig, Wölbung und Verwerfung in Werte umzurechnen.
Mit der Modellreihe WM kann der Bediener die Messung von Maßen, Winkeln, Verzug und Verwerfungen von Holzmöbeln durch eine einzige Person durchführen, indem der Messtaster einfach an den zu messenden Stellen angelegt wird. Der gemessene Verzug und die Verwerfung sowie die Messungen können in Werte wie Ebenheit umgewandelt werden, und der Abstand zwischen virtuellen Linien kann ebenfalls visualisiert werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, virtuelle Abstände und 3D-Maße wie z. B. Dübelpositionen und -abstände sowie den Abstand von der Mitte einer Tür zu einer Kantenfläche einfach zu messen.
CAD-Vergleich der Form von Holzgussmodellen und -formen
Die Größe von Holzgussmodellen und -formen nimmt durch die Kontraktion, die beim Erstarren des geschmolzenen Metalls auftritt zu und übersteigt die tatsächliche Größe. Diese Menge wird in vielen Fällen als etwa 9/1000 bis 12/1000 angesehen. Die Abmessungen eines Holzgussmodells oder einer -form, die durch Hinzufügen dieser Menge erstellt werden, beeinflussen die Genauigkeit der Gussteile erheblich. Es ist wichtig, die Abmessungen der Teile von Holzgussmodellen und -formen zu messen. Die gemessenen Werte variieren jedoch je nach der Position, an der ein Handmessmittel, wie z. B. ein Messschieber oder ein Maßband, auf das Messobjekt aufgesetzt wird, was es unmöglich macht, Messwertschwankungen der jeweiligen Anwender zu vermeiden. Es ist außerdem schwierig, virtuelle Abstände zu messen und 3D-Messungen durchzuführen. Wird ein Messarm verwendet, ist der Messbereich aufgrund des geringen Bewegungsbereichs begrenzt. Außerdem können nur hochqualifizierte Anwender die Messung mit diesem Messgerät durchführen.
Mit der Modellreihe WM ist es einer einzelnen Person möglich, durch einfaches Berühren der Messpunkte mit dem Messtaster eine große Fläche genau zu messen. Die Modellreihe WM ist mit einer Funktion ausgestattet, die die Messung am selben Punkt nach einem gespeicherten Messverfahren ermöglicht, sodass jeder die gleichen Messdaten erhalten kann.
Durch einfaches Berühren mit dem Messtaster kann der Anwender nicht nur grundlegende Außenmaße messen, sondern auch komplexe Formen mit freien Kurven. Es können sogar 3D-Positionskoordinaten gemessen werden. Abweichungen von den geplanten Toleranzen können ebenfalls sofort beurteilt werden. Die gemessenen Elemente können mit CAD-Daten überprüft und als STEP/IGES-Datei exportiert werden. Diese Funktionen ermöglichen das Erstellen von präzisen Holzgussmodellen und -formen sowie von 3D-CAD-Daten auf der Grundlage der Messergebnisse eines tatsächlichen Produkts, selbst wenn keine Zeichnung verfügbar ist.
Optimierung der Maßhaltigkeitsprüfung von Holzprodukten
Die Modellreihe WM ermöglicht die Messung von großformatigen Holzprodukten durch eine einzelne Person und durch einfaches Anbringen des kabellosen Messtasters am Messpunkt. Zusätzlich zu den oben vorgestellten Leistungsmerkmalen bietet die Modellreihe WM folgende Vorteile:
- Hochpräzise Messung über einen großen Bereich
- Ein großer Messbereich bis zu 15 m kann mit hoher Genauigkeit gemessen werden. Die Modellreihe WM ist mit einem Navigationsmessmodus ausgestattet, der die Messung am selben Punkt nach einem gespeicherten Messverfahren ermöglicht, sodass jeder die gleichen Messdaten erhalten kann.
- Das tragbare Gehäuse kann vor Ort platziert werden
- Die Haupteinheit kann auf dem Rollwagen bewegt werden. Die Modellreihe WM kann auf die Baustelle gebracht werden und misst umgehend den Stand der Arbeiten.
- Leicht verständliche Schnittstelle
- 3D-Koordinatenmessgeräte arbeiten oft mit komplizierten und ungewohnten Befehlen. Die Modellreihe WM bietet eine intuitive Bedienung mit Bildern und Symbolen, wodurch das System leicht bedient werden kann.
- Statistische Auswertungsfunktion zur Zusammenfassung der Messergebnisse
- Messergebnisse von geführten Messungen werden automatisch auf der Festplatte gespeichert. Die gespeicherten Daten können dann für verschiedene statistische Analysen extrahiert werden, z. B. für die Überprüfung der statistischen Werte, Trendgrafiken und Histogramme.
Die Modellreihe WM unterstützt in hohem Maße die Nachbearbeitung von Messungen, wie z. B. den Vergleich mit 3D-CAD-Daten und die Erstellung von Prüfberichten, sowie die Maßhaltigkeitsprüfung von Holzprodukten. Sie verbessert die Effizienz einer Vielzahl von Arbeiten an Holzprodukten, z. B. bei der Herstellung, der Maßkontrolle nach der Montage und der Qualitätskontrolle, erheblich.
