Rotieren in alle Richtungen

Messsysteme - Genauigkeit ist Trumpf und ein portables Messsystem nützlich, wenn Sandgußexperten Prototypen bauen. Der portable Platinum-Arm mit der Messsoftware CAM2 Automotive wird im Sandguss-Technikum in der Leichtmetallgießerei im BMW-Werk Landshut eingesetzt. Was sind die Erfahrungen?

08. August 2005

Wird ein Sandgussteil hergestellt, werden zunächst die Kerne aus Sand bestehen, ›geschossen‹. Diese Sandkerne werden zusammengelegt und bilden einen Hohlraum. Dieser wird mit Aluminium ausgegossen und die Kerne anschließend entfernt. Auch im Bauteil innen liegende Sandkonturen werden entfernt, weil durch zerfallenden Sand Hohlräume entstehen. Die geschossenen Sandformen bestimmen die Maßhaltigkeit der Gussteile - und an die Genauigkeit der Prototypen stellen die Sandguss-Experten der BMW Group im niederbayrischen Werk Landshut, in dem die Leichtmetallgießerei des Automobilherstellers beheimatet ist, extrem hohe Anforderungen.

Messen mit CAD-Daten

Aus diesem Grunde wurde die Entscheidung getroffen, ein mobiles Messsystem, das schnell gegen CAD-Daten messen kann, die sowohl von jedem Zylinderkopf-Rohteil als auch von jedem Kern vorliegen, anzuschaffen. Prämissen an das Messsystem waren die schnelle Verfügbarkeit sowie die gleichermaßen hohe Messgenauigkeit wie auch Zuverlässigkeit. Das System sollte zudem so einfach zu bedienen sein, dass die Messungen nicht nur durch Spezialisten, sondern durch jeden fachlich qualifizierten Mitarbeiter durchgeführt werden können. Die Wahl fiel schließlich auf den FaroArm der Platinum-Serie mit einem Messbereich von 2,40 m und der Messsoftware CAM2 Automotive von Faro Europe. Der Messarm kann bei BMW vor allem durch die Genauigkeit, die Robustheit, die Ergonomie und das Handling überzeugen. Der FaroArm ist als Platinum und Titanium-Modell in fünf verschiedenen Größen mit einem sphärischen Messvolumen zwischen 1,2 und 3,7 Metern lieferbar. Die im Messarm integrierte Logik errechnet mittels Drehmessgebern in den Gelenken die räumliche Position der Messspitze mit einer Genauigkeit von bis zu +/- 0,006 mm. Der Messgriff ist mit zwei Tastern ausgestattet, über die der Arm gesteuert wird, akustische Rückmeldungen geben dem Anwender Auskunft über den Messstatus. Überlastungs-Sensoren, die in jedem Gelenk sitzen, warnen den Anwender, wenn der Messarm überhöhten Handhabungs-Kräften ausgesetzt ist und sichern auf diesem Wege präzise Messergebnisse. Die Anwendungsfälle des Faro-Messsystems, das seit Mitte 2002 im Sandguss-Technikum genutzt wird, sind vielfältig. So kommt der Messarm immer dann zum Einsatz, wenn die Kerne im Rahmen der Datenaufbereitung über Rapid Prototyping gemacht worden sind, da RP-Verfahren - egal, ob dreidimensionales Drucken oder Laser Sintern - in der Regel etwas ungenauer als konventionelle Kernherstellungsverfahren sind. Während der Kernpaket-Montage wird der FaroArm zum Vermessen der Kerne, speziell der ›kritischen‹, eingesetzt. Nach dem Zusammenlegen der Kerne werden die Aufbau-, Lage- und Formtoleranzen geprüft. Im Anschluss erfolgt das Abgießen und Entkernen des Gussteils. Hier wird mit dem Messarm überwacht, ob die Schwindung des Gussteils, wenn es erkaltet, exakt dimensioniert wurde. Wenn möglich, benutzen die Sandguss-Fachleute für diese Messung eine Schiebelehre und prüfen damit die Länge, zum Beispiel eines Zylinderkopfes. Falls es sich aber um lauter Freiformflächen handelt, so dass keine Möglichkeit zum Ansetzen des Messschiebers besteht, dann wird mit dem FaroArm gegen die VDA-Daten der Erstaufnahme - dies sind definierte Punkte die sich später am Bauteil wieder finden - gemessen. Im Versuchsteile- bzw. Prototypenbereich eher ungewöhnlich ist, dass die Spezialisten von BMW bei vielen Bauteilen ›Best-Fit‹ durchführen. Die Erstaufnahmen werden so verändert, dass die wichtigen Merkmale, die vorher mit der Konstruktion abgesprochen wurden, optimal zum Rohteil liegen: Die Gussteile werden auf einer Vorrichtung abgelegt, auf der auch der FaroArm eingerichtet ist. Dann erfolgt die Vermessung des Bauteils oder dessen wichtiger Merkmale und schließlich wird mit CAM2 Automotive die Best-Fit-Ausrichtung - mit dem Ziel, dass die wichtigen Merkmale optimal zur Bearbeitung stehen, vorgenommen. Die Messsoftware CAM2 Automotive wurde ursprünglich speziell für die Anforderungen und die besonderen Aufgabenstellungen in der Automobilbranche entwickelt, kann aber selbstverständlich auch für viele verwandte Aufgaben eingesetzt werden. CAM2 Automotive kann mit ihrer hoch entwickelten Grafikengine auch große Dateien, 100 MB und mehr, wie sie auch im Sandguss-Technikum anfallen, in Sekunden öffnen.

Messliste übers CAD-Modell

Das System vereinfacht den Messablauf durch das Erzeugen einer Messliste direkt vom CAD-Modell, so dass ein direkter CAD-zu-Bauteil-Vergleich möglich wird. Dazu können die CAD-Daten über Netzwerk direkt in den Messrechner fließen. Dieser braucht keine teure Workstation zu sein, sondern ein PC oder ein Laptop genügen.

CAM2 Automotive verfügt über Funktionen wie das Ausrichten auf der Basis von Oberflächenpunkten, geführter Messung von Geometriemerkmalen und farbcodierter Toleranzanzeige. Einer von vielen Vorzügen ist die Kompatibilität zu allen gängigen Messmaschinen. Das stellt sicher, dass der Anwender für alle Messmaschinen einheitliche Messprogramme erstellen kann. Die grafische Oberfläche und die leistungsstarken Programmroutinen helfen dem Bediener, auch komplexe Programme schnell zu erstellen und zu ändern. Die Faro-Software unterstützt auch die Norm DMIS zur Erstellung von Offline-Programmen. Bei BMW beeindrucken speziell die Funktionalitäten, die einfache Bedienung und das schnelle Datenmanagement von CAM2 Automotive. Mit dem mobilen Messsystem könnten die Sandguss-Experten auch innerhalb der Fräsmaschine messen. Sie erledigen dies allerdings außerhalb, da inzwischen bereits ein anderes Teil bearbeitet werden kann. Auf die Fräsmaschinensoftware wird die von der CAM2 Automotive-Software generierte Koordinatentransformationsmatrix mit Rotationen und Translationen eingespielt. Deshalb wird das ganze Bearbeitungsprogramm so verschoben, dass die Erstaufnahme, bei der meistens Steckbohrungen gesetzt werden, dahingehend verändert wird, dass das Bauteil optimal liegt. Der Vorteil für die Sandguss-Fachleute daraus ist, dass die Gießerei den Kernpaketaufbau kennt und weiß, wo die Toleranzen und Fehler entstehen. Der FaroArm macht nicht nur translatorische Verschiebungen, errotiert auch in jede Richtung.

Theo Drechsel

Erschienen in Ausgabe: 05/2005