Messarme
OnyxAceMessarme
mit 3D-Scannern
Onyx SkylineAce Skylinemit 3D-Scannern
Was die Messtechnik betrifft, sind Präzision und Genauigkeit oberstes Gebot für die Sicherung der Qualität in Fertigungsprozessen. Gerade in sensiblen Bereichen wie Automobilbau sowie Luft- und Raumfahrttechnik kann die Sicherheit der Produkte ohne hochgenaue 3D – Scanner und Koordinatenmessmaschinen nicht gewährleistet werden.
Um nachvollziehbare Kriterien festzulegen, wurden die Anforderungen in der Norm ISO 10360-08 zusammengefasst, die die Grundlage bei der Bewertung von 3D – Scannern bildet. Vereinbart werden hierzu der P Form – Test und der P-Size – Test. Wichtig ist ein korrektes Verständnis der Norm, ansonsten kann eine unzureichend ausgewählte 3D – Scanausrüstung die Anforderung in Bezug auf die Qualitätssicherung nicht erfüllen. Daher werden wir im Folgenden die Unterschiede zwischen den beiden Tests verdeutlichen, um Verwechslungsgefahr auszuschließen. Die Testergebnisse werden in der Form 1 Sigma (±1σ) oder 2 Sigma (±2σ) wiedergegeben.
Verwechslung zwischen beiden Testverfahren führt zu einer fehlerhaften Bewertung der Leistungsfähigkeit eines 3D – Scanners.
P - Form Test: Dieser legt die Punktverteilung über der abgefahrenen Oberfläche fest (Abb. 1.2). In der Abbildung ist der maximale systematische Fehler der Formmessung wiedergegeben.
Er trifft eine Aussage über das Messrauschen. Wird er an einer kalibrierten Kugel ausgeführt, legt er um sie herum eine Hülle (quasi eine Schale) an, die innerhalb der Gauß – Verteilung 95% der gescannten Punkte (2 σ) umfasst. Um das Ergebnis zu ermitteln, wird die Dicke der durch ±2 σ gebildeten Schale durch zwei dividiert. Je näher das Ergebnis an Null liegt, desto geringer ist das Rauschen der Punktwolke.
P - Size Test: Dieser gibt den Scanfehler bei der Messung einer Dimension wieder (Abb. 1.3). In der Abbildung ist der maximale systematische Fehler der Größenmessung wiedergegeben.
Ausgeführt an einer Bezugskugel, liefert er die Differenz zwischen dem Durchmesser, den der Scanner geliefert hat (abgeleitet durch die Methode der kleinesten Quadrate von 95% der gescannten Punkte) und dem wahren Durchmesser der gescannten Kugel. Je näher dieser Wert bei Null liegt, desto genauer ist der Scanner bei der Messung geometrischer Größen.
Die vier möglichen Fälle im Hinblick auf Präzision und Genauigkeit
Weitere Informationen zur Norm ISO 10360-08.
Gemäß Norm ISO 10360-08 werden 3D – Messysteme bewertet zum einen im Hinblick auf die Genauigkeit auf der Grundlage des P – Size Tests, zum anderen auf die Präzision auf der Grundlage der Konsistenz zwischen den P Form und P Size Tests. Eine präzise kalibrierte Kugel oder Ebene ist Voraussetzung für die Durchführung aussagekräftiger Tests.
Diese Parameter sind eine wesentliche Hilfe, um sicherzustellen, dass Messungen die Qualitätsnormen erfüllen und zuverlässige Daten in Bezug auf die Anwendung, einschließlich Qualitätssicherung, Prüfung und Reverse Engineering liefern.
Die Standardabweichung ist eine statistische Größe, die den Grad der Schwankung bzw. Streuung innerhalb eines Satzes an Messergebnissen widerspiegelt. Gemeint ist hiermit, wie stark einzelne Ergebnisse vom Mittelwert abweichen.
Im Messwesen wird die Variable σ (Sigma) verwendet, um die Konsistenz und Vertrauenswürdigkeit der Werte zu charakterisieren, die von 3D – Scannern erzielt wurden. Somit lässt sich eine Aussage treffen über die Präzision der Ausstattung.
Manchmal geraten Hersteller in Versuchung, die Interpretation von Versuchsergebnissen zu manipulieren, um eine höhere Qualität ihrer Produkte zu suggerieren. Ein Beispiel hierfür kann die Spezifikation der Formabweichung (P – Form) bei Scanmessungen sein. Nehmen wir an, ein Scanner liefert eine Formabweichung 15 µm und ein anderer eine von 18 µm.
Auf den ersten Blick erscheint der erste besser – allerdings wurde der Formfehler möglicherweise mit Hilfe von 1 Sigma (σ) erfasst, der nur 68% der Punkte innerhalb der Gauß – Verteilung berücksichtigt, während der zweite mit 2 Sigma (σ) berechnet wurde, d.h. auf der Grundlage von 95% der Datenpunkte. Wahrscheinlich ist er doch besser als der erste. Nur bei genauem Hinsehen lässt sich diese Taktik durchschauen, und ein fairer Verglich unterschiedlicher Systeme wird somit schwierig.
Koordinatenmessmaschinen (CMMs) sind moderne Instrumente, die automatisch Objekte im dreidimensionalen Raum exakt vermessen, gestützt auf Sensoren und entsprechender Software. Sie lassen sich in Bezug auf spezielle Punkte oder ausgewählte Oberflächen hin programmieren, wobei digitale Modelle der Objekte erzeigt werden. Bei komplexen Geometrien stoßen sie allerdings an ihre Grenzen; auch die Messgeschwindigkeit ist relativ niedrig. Eine ideale Lösung liegt darin, einen 3 D – Scanner zu integrieren, der kleine Details digitalisiert und auf der Grundlage seiner hohen Messaufzeichnung den Messvorgang der Koordinatenmessmaschine insgesamt beschleunigen kann.
In der Tabelle wird deutlich, dass eine Kombination von 3D – Scanner und Koordinatenmessmaschine genauer ist als ein 3 D – Scanner, der auf einem Messarm montiert ist.
Im Lauf der Zeit muss damit gerechnet werden, dass die Genauigkeit von 3D – Scanner nachlässt. Es ist daher wichtig, den Regelmäßigen Abständen den Scanner zu prüfen und nachzukalibrieren, so dass die von Kreon garantierten Spezifikationen eingehalten werden.
7 Gründe zur regelmäßigen Kalibrierung von 3D Scannern.
3D – Scanner bilden eine wertvolle Ergänzung zu Koordinatenmessmaschinen, und die Investition macht sich oft schnell bezahlt, da nicht nur Prüfzeit gespart wird, sondern auch der Einsatzbereich der Koordinatenmessmaschine vergrößert wird.
Das Modell Zephyr III von Kreon erweist sich als kostengünstig und außerordentlich flexibel, da dieser 3D – Scanner sowohl mit Koordinatenmessmaschinen als auch mit dem Kreon Messarm verwendbar ist, wobei mühelos zwischen beiden Varianten hin und her gewechselt werden kann. Ob für allgemeine Prüfung, Erstmusterprüfung, Reverse Engineering, Rapid Prototyping und andere moderne Entwicklungsverfahren, bildet dieses Instrument stets eine wertvolle Hilfe.
Mit Modell Zephyr III 50 lässt sich eine Genauigkeit von 5 µm (±2σ) erzielen. Dank einer Auflösung von 15 µm sind auch feinste Details zu erfassen.
Für den Zephir III sind Varianten mit 300mm, 150mm oder 50mm – Laserlinie erhältlich, die die Messung an hochkomplexen Objekten in kürzester Zeit gestatten. Als vielseitiges Instrument lässt sich der Scanner vollautomatisch an Koordinatenmessmaschinen betreiben, von der Selbstkalibrierung der Scanposition bis hin zur Verwendung eines Sensors direkt unter dem Scanner.
Alle Scanner von Kreon sind gemäß ISO 10360-08 zertifiziert und lassen sich nahtlos in strengste Abläufe innerhalb der Qualitätssicherung integrieren. Neben der allgemeinen Garantie bietet Kreon Wartungspläne an, so dass auch langfristig die Zuverlässigkeit der Produkte gemäß Spezifikation gewährleistet ist.
Zusammenfassend möchten wir sagen, dass ISO – Normen korrekt verstanden und interpretiert werden müssen, gerade im Hinblick auf die Parameter P Size and P Form, so dass die geforderte Präzision bei der Fertigung erzielt wird. Qualitätsprodukte gehen stets einher mit einem durchgängigen Bekenntnis zur Normerfüllung.
