Bauteil­aufnahmen

Unter Bauteilaufnahmen oder Messaufnahmen werden Anlagen, Baugruppen und Einzelteile verstanden für die Aufnahme, Auflage oder Aufspannung von Messobjekten zur Koordinatenmessung, um das Messobjekt für den Zeitraum der Messung in einem definierten Zustand (Position, Orientierung, Spannungszustand) zu halten.

Diese Bauteilaufnahmen müssen so konstruiert und aufgebaut sein, dass sie die Aufgabe wiederholbar zuverlässig erfüllen, möglichst 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. Zu unterscheiden sind zum einen Bauteilaufnahmen, die als Bauteilauflagen lediglich dafür sorgen, dass das Messobjekt für die Messung spannungsfrei bereitgehalten wird, in der Regel ohne Berücksichtigung des späteren Einbauzustands. Zum anderen gibt es Bauteilaufnahmen, in welchen das Messobjekt mehr oder weniger in einer Zwangslage gehalten wird, indem meist mehrere Spanner das Bauteil fixieren und teilweise auch elastisch verformen und die daher im folgenden Aufspannvorrichtungen genannt werden.

Aufspannvorrichtungen

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.

Bauteilauflagen

Absehbar ist die Entwicklung, das Aufspannen bzw. Spannen von Messobjekten zukünftig nicht mehr real durchzuführen, sondern virtuell ("Virtual Clamping", "VC") - und das nicht mehr nur bei geometrisch einfachen Messobjekten, sondern durchaus auch bei komplexeren Teilen. Das Messobjekt wird dazu immer im ungespannten Zustand gemessen, das "auf Null spannen" an bestimmten Punkten 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 Softwareprodukte zum virtuellen Spannen gibt es beispielsweise von ZEISS 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). HEXAGON beschäftigt sich unter der Bezeichnung "Virtual Fixture" mit diesem Thema und ebenso das Unternehmen Duwe 3D unter dem Begriff "Digital Clamping".



Zeichnung einer Anlage zur robotergestützten Bauteilauflage, Patentschrift von 2018


Da die Messobjekte für das spätere rechnerinterne, virtuelle Verformen/Spannen während der Messung möglichst spannungsfrei gelagert sein müssen, wurden hierfür von verschiedenen Unternehmen manuelle als auch automatisierte Bauteilauflagen entwickelt. ZEISS bietet hierfür Bauteile für eine manuell einzurichtende, pneumatische Messaufnahme an. Und von a3Ds wird das manuell aufzubauende System "QuAD-Package" angeboten (Video auf Youtube). Eine durch Robotik automatisierte Bauteilaufnahme speziell für die Bedürfnisse des virtuellen Spannens bietet PROTOS-3D an mit deren System "PRAFS" als zusätzliche Funktionalität für bestimmte ScanBoxen von ZEISS (Video auf Youtube). Nachdem das erste System von PROTOS-3D die Messobjekte nur in einer Dreipunktauflage aufnehmen konnte, sind die neueren Entwicklungen die Vier- und Sechspunktauflage.Aus einer Kooperation zwischen den Unternehmen Eleven Dynamics und Witte Barskamp entstand das System "V Precision" als flexibles System für die Bauteilaufnahme hinsichtlich einem virtuellen Spannen.

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