Qualität für die Raumfahrt

CNC-Videomesssystem beschleunigt Messungen und die Zertifizierung gemäß AS9100-Qualitätsmanagementstandard

  • Der Bildschirm zeigt ein Bild der Fläche des Prüfteils, die aktuellen Punktkoordinaten, eine Liste der überprüften Funktionen und mehr

Was haben ein Orbital-Teleskop, das derzeit die Milchstraße kartiert, und die erste Armbanduhr, die erstmals seit 50 Jahren komplett unter englischer Regie produziert werden soll, gemeinsam? Ein britischer Subunternehmer lieferte die Prototypen und Komponenten für beide Unternehmungen und für verschiedene andere innovative, hochkarätige Projekte.

Microtec EDM aus Basildon arbeitet derzeit im siebten Jahr an einem 18 Jahre laufenden Auftrag, der unter anderem die elektro-erosive Bearbeitung (EDM) und das spitzenlose Rundschleifen eines Rohrs aus Kupfer-Nickellegierung für die Herstellung eines Täuschkörpers umfasst. Die vollständige Prüfung des Teils hat mit dem manuellen Videomesssystem 20 Minuten gedauert. Nachdem das Unternehmen vor kurzem die Möglichkeiten seiner messtechnischen Abteilung durch ein leistungsstarkes CNC-Videomesssystems, das iNEXIV VMA-4540 von Nikon Metrology, deutlich erweitert hat, wird derselbe Messzyklus in nur 20 Sekunden automatisch ausgeführt. Die Messaufgabe konnte nun im neuen Nikon-System programmiert werden, sodass eine beachtliche Produktivitätssteigerung in der messtechnischen Abteilung erziele werden konnte.
Graham Cranfield, Besitzer und Geschäftsführer, erklärt, dass sie nur wenige Stunden gebraucht hätten, um den Messzyklus für diese ziemlich komplizierte Aufgabe auf der Grundlage eines CAD-Modells vom Werkstück zu programmieren. Bei Aufträgen, die sich häufig wiederholende Aufgaben umfassen, wird durch diesen automatisierten Messansatz langfristig viel Zeit gespart. Wenn nur ein Dutzend Täuschkörper gemessen werden, hat sich die Programmierzeit schon ausgezahlt.

Große Bandbreite an Werkstückgrößen
Zu den Auftragsarbeiten, die Microtec für Raumfahrtmissionen erbringt, gehört auch die Herstellung von Komponenten für die gemeinsame Mission der ESA/JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) zum Merkur, die im Juli 2016 mit einer siebeneinhalbjährigen Reise zum kleinsten Planeten unseres Sonnensystems geplant ist. Ein weiteres Projekt umfasst die Herstellung von Prototypen und Komponenten für ein Orbital-Teleskop. In beiden Fällen sind die Teleskopteile relativ groß.

Viele andere Komponenten, die der Subunternehmer aus Basildon herstellt, haben Größen bis in den 20 Mikrometerbereich.
Aufträge von der Luft-, Raumfahrt- und Verteidigungsindustrie sind die wichtigste Säule im Geschäft von Microtec: Rolls-Royce, BAE Systems, Selex Galileo und Astrium sind regelmäßige Kunden. Hauptsächlich aus diesem Grund strebt das Unternehmen die Zertifizierung gemäß AS9100 an, ein Prozess, der mit dem Kauf des CNC-Videomesssystems unterstützt wird. Insbesondere wird das System für Erstmusterprüfberichte von Vorteil sein, die nun schneller erstellt werden können. Die VMA AutoMeasure Software von Nikon Metrology vergleicht die Messergebnisse automatisch mit den CAD-Modellen und ermöglicht die schnelle Erstellung entsprechender Berichte im Standardformat.

Berührungslose 2D- und 3D-Messung
Für die meisten drahterodierenden Bearbeitungsvorgänge genügt eine 2D-Prüfung, für die ein Videomesssystem die ideale Lösung ist. Einige funkenerodierte Komponenten müssen jedoch dreidimensional vermessen werden: Die Prüfung mit einem iNEXIV Videomesssystems bietet den Vorteil, dass Höhenabstufungen unter Ausnutzung des großzügigen 73,5 mm langen Arbeitsabstands gemessen werden können.
Die 3D-Prüfung erstreckt sich auf den Formenherstellungsprozess. Anfang Januar erhielt Microtec von dem britischer Hersteller MK den Auftrag, eine Spritzgussform für die Herstellung von Steckdosen zu überholen. Zeichnungen oder CAD-Modelle standen nicht zur Verfügung. Die gebrochenen Ränder der Form wurden daher in Werkzeugstahl nachgefertigt, nachdem zunächst die Höhe und Breite der betreffenden Abschnitte am Videomesssystem gemessen wurde.
Ebenso können ältere Komponenten, über die keine Daten zur Verfügung stehen, wie beispielsweise Oldtimer-Teile, im Reverse Engineering-Verfahren nachgefertigt werden. Nach der Datenerfassung wird eine DXF-Datei ausgegeben, die direkt von der CNC-Steuerung einer Werkzeugmaschine oder einem CAD-/CAM-System übernommen werden kann, um die Werkzeugwege zu generieren. Unter Verwendung der Nikon Metrology Software zur Prüfung des Teils gegen CAD kann das bearbeitete Teil mit der DXF-Datei verglichen und sichergestellt werden, dass alle Toleranzen eingehalten wurden.

Schaltende Messtasterfunktion
Einige Komponentenmerkmale, wie beispielsweise Abschrägungen und Einstiche, sind für optische Messstrategien ungeeignet. In diesen Fällen bietet das Videomesssystem die Möglichkeit, einen Renishaw TP20 oder TP200 Messtaster zu installieren, der Punktdaten erfassen kann. Der Messtaster arbeitet versetzt zur optischen Achse, aber im selben 450 x 400 x 200 mm Koordinatenraum, mit einem nur geringfügig kleineren Betriebsradius. Ein Tastereinsatzwechsler ist ebenfalls vorhanden.
Soweit möglich setzt Microtec reine Videomessungen ein, da diese schneller und präziser sind. Wenn die Teile aber nicht die richtige Form haben oder nicht absolut sauber sind, sind berührende Messungen die bessere Wahl. Andererseits sind einige Merkmale, wie die gekrümmte Oberfläche einer Glocke, mit einem Messtaster schwierig zu messen, da die Berechnungen zur Kompensierung der Tastereinsatzdurchmessers an jedem Messpunkt auf der gesamten Oberfläche sehr aufwändig wären.
Die Autofokus-Funktion (AF) des iNEXIV-Systems ermöglicht dagegen eine sehr schnelle Erfassung von Höhenabstufungen. Darüber hinaus erwägt das britische Unternehmen die Möglichkeit, einen Laser-Autofokus nachzurüsten, da dieser besonders geeignet ist, ebene Flächen mit großer Wiederholgenauigkeit in der Z-Achse zu messen.
Es können sogar optische und taktile Messungen in ein und demselben Messzyklus ausgeführt werden, eine andere Option, die Microtec nutzen wird. Beispielsweise erfordern einige der für BepiColombo bestimmten Teleskopteile nur eine optische 2D-Prüfung der Aperturen, andererseits gibt es aber auch Reihen mit 2 mm Gewindebohrungen, deren Positionen innerhalb desselben Programms zu messen sind.
Bei diesem Auftrag ist besonders die Stitching-Funktion der Nikon Metrology Software (Zusammenfügen mehrerer Bilder zu einem Großbild) von Vorteil, da die Aluminiumteile einen Durchmesser von 550 mm haben und in vier Quadranten im 450 x 400 mm Messbereich der X- und Y-Achse des iNEXIV-Systems gemessen werden müssen. Zudem werden auch tiefliegende Merkmale in gleichbleibender Tiefenschärfe wiedergegeben, wenn mehrere Bildaufnahmen aus verschiedenen Höhen der Z-Achse zusammengefügt wurden.
Selbst wenn ein Bauteil falsch ausgerichtet ist, sucht das System automatisch die Zielposition auf Basis des im Messprogramm gespeicherten Messbilds aus. Die Erkennungsfunktionen werden durch ein bedienerfreundliches Sichtfeld von 13,3 x 10 mm bei einer 0,35-fachen Vergrößerung unterstützt. Gleichzeitig ermöglicht der Fünfstufen-Zoom auf die 3,5-fache Vergrößerung genaue Messungen sowie hochauflösende Bilder.

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3001 Leuven
Belgium
Telefon: +32 16 74 01 00

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