3D-Koordinatenmesstechnik
Die 3D-Koordinatenmesstechnik kommt überall dort zum Einsatz, wo Bauteile präzise vermessen werden sollen und nur geringste Toleranzen zugelassen sind. Eine Toleranzüberschreitung der Größe oder Form eines Bauteils kann zu Problemen bei der Montage, zu Funktionsstörungen oder sogar zu Ausfällen im Betrieb führen.
Inhaltsverzeichnis
- Was ist 3D-Koordinatenmesstechnik?
- 3D-Koordinatenmesstechnik bei Quality Analysis
- Methoden der 3D-Koordinatenmesstechnik
- Wie funktioniert die 3D-Koordinatenmesstechnik?
- Anwendungsbereiche der 3D-Koordinatenmesstechnik
- In welchen Branchen kommt 3D-Koordinatenmesstechnik zum Einsatz?
- Grenzen der 3D-Koordinatenmesstechnik
- Kurz zusammengefasst: 3D-Koordinatenmesstechnik
Was ist 3D-Koordinatenmesstechnik?
Die 3D-Koordinatenmesstechnik ist ein hochpräzises Verfahren zur dreidimensionalen Vermessung von Prototypen, Erstmustern und Serienbauteilen. Sie dient der Überprüfung von Regelgeometrien, Freiformflächen sowie Form- und Lagetoleranzen. Dabei können verschiedene Parameter eines Bauteils, etwa Abstände, Durchmesser, Winkel, Form und Lage sowie Konturen genau erfasst werden. Die Technik ermöglicht die präzise Bestimmung der X-, Y- und Z-Koordinaten bestimmter Punkte auf dem Objekt, typischerweise mithilfe von Koordinatenmessgeräten, Computertomographen und optischer Messtechnik mittels 3D-Scannern. Durch diese exakte Vermessung können Abweichungen frühzeitig erkannt und sichergestellt werden, dass alle Teile den festgelegten Spezifikationen entsprechen.
3D-Koordinatenmesstechnik
bei Quality Analysis
Als akkreditiertes Prüflabor bieten wir bei Quality Analysis präzise 3D-Messdienstleistungen für Prototypen und Kleinstbauteile an bis hin zu großen Karosserieteilen und Stichproben für Serienproduktionen.
- Taktile Messtechnik für punktuelle Messungen mit höchster Detailgenauigkeit
- Optische Messtechnik zur Ermittlung von flächenhaften 3D-Daten; auch mobil einsetzbar
- Industrielle Computertomographie zur Erfassung der inneren Strukturen; Auflösung im µm-Bereich
- Schnelle und präzise Analyse der 3D-Daten mit der Software Mitutoyo Cosmos, ZEISS Inspect (ehemals GOM Inspect), ZEISS Calypso oder VGStudio Max
- Akkreditiertes Verfahren nach DIN EN ISO/IEC 17025
- Akkreditierte Messräume mit verschiedenen Klimazonen und ESD-Schutzzonen
Methoden der 3D-Koordinatenmesstechnik
Bei der 3D-Koordinatenmesstechnik wird zwischen der taktilen Messtechnik, der optischen Messtechnik und der Computertomographie unterschieden.
Taktile Messung
Die taktile Messung mittels 3D-Koordinatenmessgerät überzeugt durch ihre Genauigkeit. Hier wird per Tastkugel das Bauteil Punkt für Punkt abgetastet. Die Punkte werden dabei zur Auswertung der Form und Lage des Bauteils genutzt, einschließlich der Bestimmung von Position, Flächenform und anderen geometrischen Eigenschaften. Die taktile Messung ermöglicht höchste Genauigkeit im tausendstel Millimeter-Bereich. Dadurch ist sie ideal für die Prüfung von Werkstücken, bei denen nur geringste Toleranzen vorgegeben sind.
Optische Messung
Im Gegensatz zur taktilen Methode arbeitet die optische Messtechnik berührungslos mittels 3D-Scanning. Hier kommen Stereokamerasysteme mit zwei Kameras und Streiflichtprojektor zum Einsatz, um die Form und Abmessungen eines Objekts zu erfassen. Optische Messsysteme eignen sich besonders für komplexe Geometrien und empfindliche Materialien, da sie das Bauteil während der Messung nicht physisch beeinflussen. Ihre Genauigkeit reicht aber nicht an taktile Messungen heran.
Industrielle Computertomographie (ICT)
Die industrielle Computertomographie (ICT) ermöglicht eine berührungslose, hochpräzise 3D-Messung durch Röntgenscans. Dabei werden sowohl äußere Geometrien als auch innere Strukturen erfasst, ohne das Bauteil zu beschädigen. Besonders vorteilhaft ist die Messung komplexer Werkstücke mit Hohlräumen oder schwer zugänglichen Bereichen. Zudem lassen sich Materialfehler wie Poren oder Risse erkennen.
Wie funktioniert die 3D-Koordinatenmesstechnik?
Die 3D-Koordinatenmesstechnik erfasst Punkte auf der Oberfläche eines Objekts in einem dreidimensionalen Raum, der durch die Achsen X, Y und Z definiert ist. Dazu wird das Objekt auf einem Messtisch platziert und das Messgerät kalibriert, um präzise Messungen zu garantieren. Die Datenerfassung kann sowohl durch taktile Messtechnik mittels 3D-Koordinatenmessgerät als auch durch optische Messtechnik mittels 3D-Scanning durchgeführt werden.
Datenerfassung mittels taktiler 3D-Koordinatenmesstechnik
Bei der taktilen Messtechnik wird ein Taster entlang der Oberfläche des Objekts geführt und berührt dabei mehrere definierte Punkte. Jede Berührung registriert die genaue Position des Punktes im Raum. Diese Technik kann in schaltende und messende Systeme unterteilt werden: Schaltende Systeme registrieren die Berührung der Tastkugel, um zu bestimmen, ob ein Punkt erreicht wurde, während messende Systeme die präzise Position des Punktes kontinuierlich erfassen und aufzeichnen.
Auswertung der Daten aus der taktilen Messung
Nach der Datenerfassung erfolgt die Auswertung der Messpunkte anhand definierter geometrischer Vorgaben. Die ermittelten 3D-Koordinaten der Messpunkte werden in einer Software mit den Soll-Daten verglichen, um mögliche Abweichungen zu identifizieren. Zu den wichtigsten Analysen der taktilen Messtechnik gehören Soll-Ist-Vergleiche, die Ermittlung der Form- und Lagetoleranzen und die Statistische Prozesskontrolle (SPC), um Trends und Abweichungen in der Fertigung frühzeitig zu erkennen. Die gesammelten Daten werden in Prüfberichten dokumentiert, die als Grundlage für Produktionsentscheidungen oder Optimierungsmaßnahmen dienen.
Datenerfassung mittels optischem 3D-Scanning
Beim 3D-Scanning werden zwei Kameras und ein Streiflichtprojektor verwendet, um ein Objekt aus verschiedenen Blickwinkeln aufzunehmen. Der Streiflichtprojektor strahlt ein Muster auf das Objekt, das hilft, Tiefe und Kanten zu erfassen. Die Kameras nehmen Bilder auf und die Software berechnet die 3D-Koordinaten der Punkte, die in beiden Bildern sichtbar sind.
Auswertung der 3D-Daten aus dem optischem Scanning
Diese Daten werden in spezialisierten Softwareprogrammen verarbeitet, zu einem 3D-Modell des Objekts zusammengesetzt und je nach Fragestellung ausgewertet. So können anhand der 3D-Daten Maßabweichungen und Formfehler visualisiert und dokumentiert werden, um sicherzustellen, dass das Objekt den Qualitätsstandards entspricht. Im Reverse Engineering wird ein bestehendes Bauteil optisch erfasst und daraus ein digitales Datenmodell erstellt.
Datenerfassung mittels industrieller Computertomographie
Bei der industriellen Computertomographie (ICT) wird ein Objekt mittels Röntgenstrahlen durchleuchtet, um dessen inneren und äußeren Strukturen dreidimensional zu erfassen. Eine spezielle Software verarbeitet diese Aufnahmen und rekonstruiert daraus ein vollständiges 3D-Volumenmodell des Objekts. Diese Technologie ermöglicht die zerstörungsfreie Prüfung und Analyse komplexer Bauteile, einschließlich innenliegender Strukturen, die mit taktilen oder optischen Messmethoden nicht erreichbar sind.
Auswertung der CT-Daten
Nach der Erfassung werden die CT-Daten in spezialisierten Analyseprogrammen ausgewertet. Durch die hohe Präzision und die Möglichkeit der zerstörungsfreien Analyse ist die industrielle CT eine wertvolle Ergänzung in der 3D-Koordinatenmesstechnik, insbesondere zur Maßprüfung, zur Defektanalyse und zur Montageprüfung.
Anwendungsbereiche der 3D-Koordinatenmesstechnik
Prototypenentwicklung
In der Produktentwicklung wird die 3D-Koordinatenmesstechnik eingesetzt, um Prototypen bzw. Vorserien präzise zu vermessen und mit den CAD-Modellen zu vergleichen. Dies ermöglicht eine schnelle Identifizierung und Korrektur von Abweichungen, bevor das Produkt in die Serienfertigung geht.
Qualitätskontrolle in der Serienfertigung
In der Serienfertigung werden regelmäßig Stichprobenmessungen durchgeführt, um die Konsistenz und Qualität der produzierten Teile zu überprüfen. Die 3D-Koordinatenmesstechnik stellt sicher, dass alle Teile innerhalb der festgelegten Toleranzen liegen.
Reverse Engineering
Die 3D-Koordinatenmesstechnik wird beim Reverse Engineering verwendet, um bestehende Bauteile zu vermessen und daraus digitale 3D-Modelle zu erstellen. Diese Modelle können dann für die Reproduktion, Modifikation oder Verbesserung des Designs genutzt werden.
In welchen Branchen kommt 3D-Koordinatenmesstechnik zum Einsatz?
Automotive
In der Automobilindustrie gewährleistet die 3D-Koordinatenmesstechnik eine präzise Fertigung von Bauteilen, sorgt für perfekte Passgenauigkeit bei der Montage und unterstützt die Qualitätskontrolle, um sicherzustellen, dass alle Komponenten den Spezifikationen entsprechen.
Medizintechnik
In der Medizintechnik ermöglicht die 3D-Koordinatenmesstechnik die präzise Anpassung von Prothesen und Implantaten an individuelle Patientenbedürfnisse, wodurch die Funktionalität und der Komfort medizinischer Hilfsmittel verbessert werden.
Luft- und Raumfahrt
In der Luft- und Raumfahrt wird die 3D-Koordinatenmesstechnik eingesetzt, um die strengen Toleranzen komplexer Bauteile zu überprüfen und die Sicherheit sowie die Leistungsfähigkeit von Flugzeugen und Raumfahrzeugen sicherzustellen.
Werkzeug- und Maschinenbau
Im Werkzeug- und Maschinenbau wird die 3D-Koordinatenmesstechnik eingesetzt, um die Genauigkeit von Werkzeugen und Analgen zu überprüfen. Dies ist wichtig, um sicherzustellen, dass die gefertigten Teile den gewünschten Spezifikationen entsprechen.
Grenzen der 3D-Koordinatenmesstechnik
Die 3D-Koordinatenmesstechnik erfasst präzise die Maße und Positionen von Bauteilen, hat jedoch ihre Grenzen. Sie liefert nur begrenzte Informationen über die Oberflächenbeschaffenheit und kann keine Aussagen zur inneren Struktur, Belastbarkeit oder chemischen Zusammensetzung eines Bauteils treffen. Für diese Aufgaben sind Verfahren aus der Materialographie oder der chemischen Analytik erforderlich.
Kurz zusammengefasst: 3D-Koordinatenmesstechnik
Die 3D-Koordinatenmesstechnik stellt sicher, dass Bauteile präzise gefertigt werden, indem sie die exakten Maße und Formen eines Objekts überprüft. Dabei kommen verschiedene Messverfahren zum Einsatz, etwa die industrielle Messtechnik, die optische Messtechnik oder die industrielle Computertomographie. Diese Verfahren sind unverzichtbar in Industrien, in denen hohe Präzision und Qualitätssicherheit gefordert ist.
