Auf Messers Schneide

MikroCAD-3D-Scanner für Schneidkantenmessungen

Die E. Zoller GmbH & Co. KG in Stuttgart wurde 1945 mit der Vision gegründet, um kostengünstige Herstellung von Schneidwerkzeugen zu gewährleisten. Als führendes Unternehmen der Branche ist sie heute ein Hauptlieferant von Messsystemen für Schneidwerkzeuge, Inspektions- und Einstellsystemen sowie WerkzeugmanagementLösungen für globale Märkte.
Zoller entwirft, produziert und vertreibt Schneidwerkzeuge, Einstell- und Messsysteme. Darüber hinaus entwickeln die Stuttgarter auch Verwaltungssysteme, um die Produktivität und Kosteneffizienz an Produktionsanlagen zu steigern. Die Systeme zur Messung von Schneidkanten sind integraler Bestandteil der Produktlinie. Dabei ist die Schneidkantenpräparation (SKP) entscheidend, um die höchste Leistung und Lebensdauer des Schneidwerkzeugs zu gewährleisten. Jedoch stellt die Messung der Schneidkanten und -winkel eine große Herausforderung dar. Benötigt werden dafür hochpräzise 3D-Daten, die auf einer kleinen Fläche und einer Vielfalt von Materialien gemessen werden. Vor knapp sieben Jahren war Zoller auf der Suche nach 3D-Lösungen für ihre SKP-Anwendungen, die das beste Preis-/Leistungsverhältnis bieten. Zu dieser Zeit konnten viele der auf dem Markt verfügbaren Geräte diese Anforderung aber nicht erfüllen: Mit dem Infinite-Focus-System werden z.B. 3D-Punkte mittels einer Korrelationsmatrix bestimmt. In der Matrix wird die 3D-Punktwolke geglättet. Im Vergleich zu einem Streifenlichtprojektionssystem, wird zudem auch eine stärkere Vergrößerung benötigt, um das Zielobjekt zu scannen. Dadurch entstehen die folgenden Nachteile:

• • kürzerer Messabstand zum Zielobjekt
• • kleineres Sichtfeld bei gleicher xy-Auflösung
• • begrenzte Sichtbarkeit des Randes für die Positionierung (da das Messprinzip nur über einen sehr geringen Schärfebereich verfügt)
• • der Einsatz unterschiedlicher Objektive für die verschiedenen Sichtfelder und Messabstände, führt zu höheren Kosten und komplizierter Handhabung.

Konfokalmikroskope werden dagegen primär als Zusatzmessgerät für die Messung von einkristallinen Diamantwerkzeugen eingesetzt. Die Messung erfordert einen Mehrfachscan, um die xy-Daten der einzelnen z-Flächen zu bestimmen. Die Messung ist zeitaufwendig und nicht in der Lage, Geometrien mit steilen Winkeln, wie sie bei Schneidkanten vorkommen, zu bestimmen. Zudem ist die Technologie kostenintensiv und der maximale Messabstand ist begrenzt auf ca.12mm.

Die Lösung

Zoller wandte sich an LMI. Deren MikroCAD-3D-Scanner, basierend auf dem Prinzip der Streifenlichtprojektion, ermöglichen innerhalb weniger Sekunden die Messung von 3D-Kanten mit einer Genauigkeit im Submikrometerbereich. Die Technologie erlaubt die Erfassung von xyz-Punktwolken der Schneidkantengeometrie, indem mehrere Streifenmuster auf eine einzelne z-Ebene abgebildet werden. Im Vergleich zu vielen konkurrierenden 3D-Scantechnologien, benötigt der Mikro-Scanner keine zeitaufwendigen Bewegungen der z-Ebene. Die Hauptvorteile der Streifenlichtprojektion sind:

• • präzise Erfassung glänzender Oberflächen und Objekte mit steilen Winkeln, unabhängig vom Material (kritisch für die Schneidkantenmessung).
• • Echtzeit-Erfassung von 3D-Oberfläche unter verschiedenen Winkeln und Vergrößerungen. Zusätzlich können verschiedene Farbpaletten und Tools zur Bildbearbeitung verwendet werden.
• • intelligente Filter, um Ausreißer zu beseitigen und die Oberflächenanalyse vorzubereiten.
• • Trennung von Oberflächenrauhheit und -welligkeit mithilfe von ISO16610-Filter. Ferner kann die Oberflächentextur mithilfe der 3D-Parameter und ISO-2D-Profilparameter charakterisiert werden. Um eine schnelle und reibungslose Integration in die Zoller Inspektionssysteme zu gewährleisten, werden die Scanner ohne Gehäuse geliefert. Neben den Geräten stellt LMI auch das MikroCAD-Softwarepaket zur Verfügung, das Zoller als Basis für die Entwicklung applikationsspezifischer Software für die Schneidkantenmessung dient.

Das Resultat

Die integrierte Lösung von Zoller besteht aus einem MikroCAD-3D-Scanner mit Streifenprojektion, Analyse und Auswertung. Sie führt zu ausgezeichneten Resultaten in der Schneidkantenpräparation präziser Messwerkzeuge, die herkömmliche Technologien, wie z.B. Inifinite Focus oder die Konfokalmikroskopie, bei Weitem übertrifft. Die Geräte ermöglichen zudem deutlich höhere Prozessgeschwindigkeiten, und dies bei einem Bruchteil des Preises anderer Systeme.