Ziel der Entwicklung

Die Anforderungen in der industriellen Teilefertigung steigen ständig. So werden die zu fertigenden Bauteile zunehmend komplexer, während gleichzeitig eine Tendenz zur Miniaturisierung zu beobachten ist. Darüber hinaus wird die Einhaltung immer geringerer Fertigungstoleranzen unerlässlich, um die Funktionalität der Bauteile gewährleisten zu können.
Insbesondere bei der messtechnischen Erfassung schwer zugänglicher oder innenliegender Bauteilbereiche kann mit konventioneller Messtechnik wie taktilen Messverfahren bereits heute ein Großteil der messtechnischen Anforderungen zur Qualitätssicherung in der industriellen Teilefertigung nicht mehr zufrieden stellend erfüllt werden. So existieren bei konventionellen taktilen Messverfahren erhebliche Zugänglichkeitseinschränkungen. Funktionsrelevante innenliegende Geometriebereiche sind oftmals nicht zerstörungsfrei messbar.
Das Ziel des FuE-Projektes bestand daher in der Entwicklung eines optischen Messsystems für die Erfassung von Geometriemerkmalen und Oberflächeneigenschaften an komplexen Innengeometrien.
Die technologische Basis für das Messsystem bilden dabei bereits verfügbare optische Abstandsensoren für die Bohrungsinspektion. Die grundlegende Projektidee besteht darin, einen rotierenden optischen Sensor für die Bohrungsinspektion mit zusätzlichen frei programmierbaren Bewegungseinrichtungen (NC-gesteuertes X-Y-Z-Achssystem) auszustatten. Hierdurch wird eine überlagerung der Rotationsbewegung des optischen Abstandssensors mit einer konturorientierten Bahnbewegung realisiert. Durch die zusätzlichen Freiheitsgrade kann die Sensornadel innerhalb der Messgeometrie so positioniert und bewegt werden, dass Geometriebereiche erfassbar werden, die mit konventionellen Messstrategien auf Grund der Messbereichsgrenzen und des beschränkten Akzeptanzwinkels optischer Systeme bisher nicht messbar sind.
Ein weiteres Entwicklungsziel bestand in der Umsetzung einer adaptiven konturorientierten Sensorbewegung. Da ein rotierender optischer Abstandssensor quasi über eine „Rundumsicht“ verfügt und somit die Erfassung aller umgebenden Geometrien ermöglicht, ist sowohl die Detektion von Störgeometrien im Sinne einer Kollisionsüberwachung als auch eine automatische konturorientierte Anpassung der Sensorbewegung während der Laufzeit der Messung realisierbar. Dadurch wird es möglich, statische Messabläufe durch die Rückkopplung der Sensordaten dynamisch, der Realgeometrie angepasst, zu gestalten.

Vorteile und Lösungen

Durch das entwickelte Messsystem für die Erfassung von Geometriemerkmalen und Oberflächeneigenschaften an komplexen Innengeometrien wird der Anwender in die Lage versetzt Mess- und Prüfaufgaben an entsprechenden Bauteilen deutlich schneller, effektiver und in einer höheren Qualität im Vergleich zum Stand der Technik zu realisieren. Das entwickelte optische Messsystem zielt damit auf die Marktbereiche Mess-/Prüftechnik, speziell die Segmente Sensorik und Mikromesstechnik ab.
Der Anwendermarkt liegt in den europäischen und internationalen Märkten der
Anwender und Produzenten von Serienteilen mit komplexen Innengeometrien im Automobilbau (wie Motoren-Einspritzsysteme), in der Flugzeug- und Raumfahrtindustrie und im Anlagenbau (Hydraulik- und Pneumatiksysteme) / Hersteller von Maschinen und Anlagen der Innenbearbeitung wie Erordier-, Fräs-, Laser- und EC-Maschinenanbieter / Dienstleister im Bereich der 3D-Digialisierung.
Durch die technische Umsetzung der Entwicklung ergeben sich die folgenden Potenziale für den Endanwender: Zerstörungsfreie und berührungslose Vermessung bisher nicht messbarer komplexer Innengeometrien, wie Freiformen, Hinterschneidungen, Gesenke, Kavitäten und Auskesselungen / Universelle Einsetzbarkeit des Messsystems für verschiedenste Geometrieformen und Abmessungen funktionsrelevanter Innengeometrien metallischer Bauteile / Zerstörungsfreie Zugänglichkeit auch bei geringen öffnungsquerschnitten und hohen Aspektverhältnissen / Senkung des Zeit- und Kostenaufwandes für Innengeometriemessungen durch die Ablösung zerstörender Messverfahren und durch die damit verbundene erhebliche Reduzierung der Messzykluszeiten / Erweiterung von stichprobenhaften Messungen zur Qualitätssicherung für Fertigungs- und Montageprozesse in Richtung 100 Prozent-Kontrolle und Ablösung manueller Messprozesse durch den Einsatz eines automatisierten Messsystems / Realisierung von Punkt-, Profil- und Flächenmessungen / Generierung von 3D-Modellen aus den Messdaten als Voraussetzung für Soll-Ist-Vergleiche / zeit- und prozessnahe Bereitstellung von Messergebnissen als Regelgrößen für Fertigungsprozesse.

Zielgruppe und Zielmarkt

Der ITW e.V. Chemnitz plant die Ergebnisse zusammen mit einem etablierten Messgerätehersteller weiterzuentwickeln und in den Markt zu überführen. Dabei soll auf dessen Erfahrungen und das Know-how in der Produktion und dem Vertrieb von Messsystemen zurückgegriffen werden. Im weiteren Verlauf wird die Übernahme der Produktion und des Vertriebs des Mess- und Prüfsystems sowie daraus resultierender Produktvarianten und Weiterentwicklungen durch den gewerblichen Partner angestrebt. Im Rahmen der Umsetzung und Weiterentwicklung des Messsystems werden weitere FuE-Leistungen des ITW e.V. Chemnitz im Rahmen einer Kooperation mit dem Messgerätehersteller in das entstehende Produkt einfließen.
Die öffentlichkeitsarbeit des ITW e.V. Chemnitz wird sich in erster Linie auf die Veröffentlichungen der FuE-Ergebnisse in der Fachpresse sowie auf die Vorstellung der Ergebnisse und Produkte bei Fachmessen der Automatisierungstechnik, Fertigungs- sowie Mess- und Prüftechnik konzentrieren. Zudem werden die FuE-Ergebnisse zu Hausmessen im ITW e.V. Chemnitz, Präsentationen im Rahmen von Kooperationsnetzwerken sowie der Beteiligung an Ausstellungs- beziehungsweise Messeständen der interessierten Anwender präsentiert.
Außerdem sollen bereits bestehende Kontakte zu möglichen Anwendern intensiviert werden und entsprechende Anforderungen und Wünsche bereits im Rahmen des FuE-Projektes bei der Entwicklung des Inline-Messsystems berücksichtigt werden. über entsprechende Rückkopplungen anhand von Messergebnissen oder direkten Präsentationen soll so ein verstärktes Interesse für Erstinstallationen geweckt werden.