Aufspann­systeme für Messauf­nahmen bzw. Bauteil­aufnahmen

Bauteilaufnahmen oder auch Messaufnahmen werden in der Koordinatenmesstechnik benötigt, um das Messobjekt für den Zeitraum der Messung in einem definierten Zustand (Position, Orientierung, Spannungszustand) zu fixieren.

Diese Aufspannsysteme müssen so konstruiert und aufgebaut sein, dass sie diese Aufgabe wiederholbar zuverlässig erfüllen, ohne den eigentlichen Messvorgang zu beeinträchtigen bzw. zu behindern. Das Einbauen oder Einlegen der Messobjekte soll dabei ebenso wie das Abbauen oder Entnehmen möglichst einfach und damit wenig zeitaufwendig sein. Das Fixieren der Messobjekte nach dem Einbringen in die Bauteilaufnahme kann beispielsweise über manuelle oder automatisch schließende Spanner erfolgen. Bei automatisch schließenden Spannern ist ein Einlegen und Entnehmen des Messobjekts mit Handlingsgeräten wie Robotern denkbar.

Beim Aufspannen vor allem von labilen Messobjekten für eine Messung wie beispielsweise von Blechteilen kann die Reihenfolge, in der die einzelnen Spanner geschlossen werden, einen durchaus großen Einfluß auf das Messobjekt haben und damit auf das spätere Messergebnis. Die "Spannerreihenfolge" sollte daher festgelegt und dokumentiert sein. Literaturstellen hinsichtlich dieser Problematik lassen sich einige finden, beispielhaft genannt seien an dieser Stelle die Beiträge "Analysis of the effects of fixture clamping sequence on part location errors", "Clamping-sequence optimisation based on heuristic algorithm for sheet-metal components" und "Analysis and Optimal Design of Fixture Clamping Sequence".



Zeichnung einer verstellbaren Spannstelle mit Spanner aus einer Patentschrift von 2000


Die Bauteilaufnahmen können aus einem oder aus mehreren miteinander montierten und aus Vollmaterial gefrästen Körpern bestehen (Cuben, Lehren) oder aus Einzelteilen aus einem Baukastensystem aufgebaut sein. Die Flächen, auf welchen das Messobjekt an der Aufnahme anliegt (Formauflagen) - vor allem wenn es sich dabei um Freiformflächen handelt - können gefräst sein oder mittels generativer Fertigungsverfahren wie Stereolithografie aufgebaut werden. Die Auflageflächen oder Auflagepunkte selbst können beweglich und damit einstellbar sein, um damit eine bestimmte Anordnung bzw. Ausrichtung des Messobjekts auf der Bauteilaufnahme erzielen zu können. Die Einstellung erfolgt über mechanisch verfahrbare Schlitten oder auch über das Einbringen von geschliffenen Unterlagen ("Shims") zur Verstellung der Position der Auflagefläche. Die Einstellung in senkrechter Richtung auf die Fläche des Messobjekts ist auch mit speziell geformten Einstellschrauben möglich.

Absehbar ist die Entwicklung, das Aufspannen bzw. Spannen von Messobjekten zukünftig - zumindest zunächst bei eher geometrisch einfachen Messobjekten - nicht mehr real durchzuführen, sondern virtuell ("Virtual Clamping", "VC"). Das Messobjekt wird dazu immer im ungespannten Zustand gemessen, das "auf Null spannen" wird von einer entsprechenden Softwarefunktionalität dann rechnerintern simuliert bzw. berechnet. Literaturstellen zu dieser Thematik sind beispielsweise die Veröffentlichungen von V. Tuominen, zum einen "Virtual clamping in automotive production line measurement" von 2011 und zum anderen "Validating the virtual clamp with CMM correlation on automotive production lines" von 2017.

Kommerzielle Produkte zum virtuellen Spannen gibt es beispielsweise von der Carl Zeiss GOM Metrology GmbH mit deren in die Messsoftware "ZEISS Inspect" integrierten Softwarefunktionalität "Virtual Clamping" (Video auf Youtube). Auch das "Virtual Clamping tool in ANSA" (VCA) von BETA CAE Systems führt eine rechnerinterne Verformung eines gemessenen Istnetzes durch anhand definierter Spannstellen (Video auf Youtube). Eine durch Robotik automatisierte Bauteilaufnahme speziell für die Bedürfnisse des virtuellen Spannens bietet PROTOS-3D an mit deren System "PRAFS" (Video auf Youtube).

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