M4 Messung mit 3D-Meßmaschinen - Cloodt

Der Lehrgang zeigt wie man mit Koordinatenmeßgerätenarbeitet. Auch wenn kein Gerät zur Verfügung steht,können typische Meßaufgaben durchdacht und gelöst

Messung mit 3D-Meßmaschinen

Um was geht es?

InhaltsverzeichnisSeite

1 Das Prinzip 22 Der Ablauf 3

2.1 Taster Kalibrieren 32.2 Werkstück ausrichten 42.3 Messung von Geometrieelementen 52.4 Verknüpfung der Geometrieelemente 82.5 Soll-Ist-Vergleich 10

3 Die Meßübungen 11M1 Nutbreite 12M2 Nuttiefe 12M3 Abstand 13M4 Winkel 13M5 Lochkreisdurchmesser 14M6 Lochausschnitt 14M7 Flächenkante 15M8 Kegelschnitt 15M9 Parallelität 16M10 Rechtwinkligkeit 16M11 Nutlänge 17M12 Kantenabstand 17M13 Tasterwechsel 18M14 Konstruierter Abstand 18M15 Koaxialität 19M16 Zylindrizität 19M17 Symmetrie 20M18 Neigung 20

Das Prinzip

Der Ablauf

Die Meßübungen1. Taster Kalibrieren2. Werkstück ausrichten3. Messung von geom. Elementen4 Verknüpfung der Elemente5 Soll/Ist-Vergleich6 Ausgabe des Ergebnisses 60°

Cloodt Meßtechnische Übungen_______________________________________________________________________Koordinatenmeßgerät

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Ein Koordinatenmeßgerät kann nicht messen. Das Gerät liefert lediglich die 3 Koordinatenwertex, y, und z des jeweils aktuellen Standortes an einen PC.Erst dort werden mehrere Koordinatenwerte miteinander verknüpft. Z.B. kann man aus zweiKoordinatenpunkten eine Gerade errechnen lassen, oder aus 3 Punkten einen Kreis.Jetzt können die so entstandenen Geometrieelemente weiter miteinander verknüpft werden,indem z.B. der Abstand Gerade-Kreis errechnet wird.Prinzip:Das KMG liefert nur Punkte, die Software macht daraus Geometrieelemente.

Wann werden die Koordinaten zum PC

Die Koordinatenübergabe wird vom Tastsystem ausgelöst. DieAuslösung erfolgt immer dann, wenn das Tastelement durchKollision mit dem Werkstück aus seiner Ruhelage ausgelenktwird.Der Tastkopf kann durch Hand geführt werden. Die meistenMaschinen haben allerdings bereits eine CNC-Steuerung, bei derdie Bewegungen in einem Lerndurchgang programmiert werden.

Es gibt zwei unterschiedliche Tastsysteme

Koordinatensignal X = 100 Koordinatensignal X = 99,4 + 0,6 = 100

Schalttaster (billig) Meßtaster (teuer)

Die Arbeit mit einem Koordinatenmeßgerät

1. Das Prinzip


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2.1 Taster Kalibrieren2.2 Werkstück ausrichten2.3 Messung von geometrischen Elementen2.4 Verknüpfung der Elemente2.5 Soll/Ist-Vergleich2.6 Ausgabe auf Drucker

2. Der Ablauf

Zu 2.1.: Was ist beim Kalibrieren zu beachten?

Vorgehen:l Taster 1 auswählenl Mit Taster 1 viermal am Äquator der Kalibrierkugel antastenl 1 mal am Nordpol der Kugel antasten.

Die Tasterkugel ist jetzt richtig kalibriert. Dies bedeutet, daß auch der durch den Schaltwegentstehende Fehler in den Kugeldurchmesser eingerechnet wird. Erkennbar ist dies an derKugelangabe, die meist 3,990 oder ähnlich ist, obwohl die Rubinkugel genau 4mm Durchmesserhat.

Häufig sind mehrere Taster sternförmig angeordnet. Die Reihenfolge, in der diese Tasterkugelnkalibriert werden, bestimmt dann die jeweilige Tasternummer. Man muß sich bei der Nummern-vergabe der Taster ein Prinzip auswählen. Häufig wird wie folgt verfahren.

Taster 1 untenTaster 2 nach hinten.Taster 3, 4 5 im Uhrzeigersinn

Häufige Fehler:-- Die Kalibrierkugel ist in der Software nicht richtigeingestellt-- Falscher Taster ausgewählt-- Zu schnell getastet

1. Aufgabe:Beschriften Sie die skizziertenTasterkugeln mit Nummern nach demobigen Prinzip von 1 bis 5

1. Aufgabe


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Zu 2.2: Ausrichtung des WerkstücksIm Gegensatz zur CNC-Bearbeitung, bei der das Werkstück immer achsparallel liegt, müßte esauf dem Koordinatenmeßgerät erst genau ausgerichtet werden. Dies ist natürlich nicht nötig, dader Recher das feste Koordinatensystem der Maschine auf das plazierte Werkstück umrechnenkann. Es geht jetzt nur noch darum, der Maschine die Lage des Werkstücks mitzuteilen und dannden Nullpunkt zu bestimmen.

Vorgehen:l Schritt A. Flächendefinition (Eine Werkstückfläche wird zu xy, yz oder zx-Fläche erklärt)l Schritt B. Achsenbestimmung (Eine Gerade am Werkstück wird z.B. zur x-Achse erklärt

(die y-Achse ist damit automatisch gegeben)l Schritt C. Nullpunktbestimmung (Ein Punkt, vielleicht ein Treffpunkt zweier Geraden, wird

zum Nullpunkt in allen Achsen erklärt.

Natürlich sind viele Varianten der Ausrichtung denkbar und auch nötig, dies ist allerdings diezweckmäßigste, vor allem bei prismatischen Werkstücken.

xy-Ebene (z = 0)

ZY

X

Schritt A:Flächendefinition zur Festlegung derEbene xy.

- Geometrieelement FLÄCHE einstellen.- mindestens 3 Punkte der

Werkstückoberfläche antasten- über Raumausrichtung die Fläche zur

xy-Ebene erklären (MenuepunktKoordinaten/Raumausrichtung)

Damit ist die Ebene und die senkrechtauf der Ebene stehende z-Achseeindeutig definiert. In der neuen Ebene

Schritt B:Ausrichtung der x-Achse

-- Geometrieelement GERADE auswählen-- Mind. 2 Punkte entlang einer Linie

antasten, die später x-Achsenrichtungwerden soll.

Wichtig! Es kommt auf die Reihenfolgean, da die spätere x-Achse in Richtungder Antastreihenfolge geht.-- die gefundene Gerade zur x-Achse

erklären (Menuepunkt Koordinaten/Achsausrichtung)


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Schritt C: Nullpunktsbestimmung

-- Gerade 1 antasten. Da in diesem Falldie Gerade bei der x-Achsen-Bestimmung bereits angetastet wurde,ist dies nicht unbedingt erforderlich.

-- Gerade 2 antasten. Mindestens 2Punkte.

-- Der Punkt bestimmen, an dem sichbeide Geraden schneiden. MenuepunktSCHNITTELEMENT, Ergebnis ist einPunkt.

Diesen Punkt zum Nullpunkt erklären.Menuepunkte KOORDINATEN/NULLPUNKTSETZEN.

Es kann natürlich, je nach Zeichnung, auch ein anderer Punkt als Koordinatenursprung in Fragekommen. Zum Beispiel wird oft der Mittelpunkt eines Kreises als Nullpunkt gewählt. Der Kreismuß dann angetastet werden und nach der gleichen Methode (Schritt C) gesetzt werden.

zu 2.3 Messung von Geometrischen Elementen

Welche Geometrischen Elemente kann das KMG verarbeiten?

GeometrieelementMindestzahl der

AntastpunktePunkt 1

Gerade 2Fläche 3Kreis 3

Ellypse 5Kugel 4Kegel 6

Zylinder 5

Geometrieelemente können direktangetastet werden, sie können aber auchdurch verknüpfen bereits existierenderElemente bestimmt werden.Durch verknüpfungen entstehen z.B.Schnittelemente, Verbindungselementeund Symmetrieelemente.

Jedes Geometrieelement kann in einemElementspeicher abgelegt undanschließend beliebig oft wiederabgerufen werden, etwa zu Verknüpfungmit anderen Elementen.

Mindestzahl der Antastpunkte


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Was geschieht, wenn mehr Punkte als die Mindestzahl angetastet werden?

Das Geometrieelement ist jetzt nicht mehr eindeutig bestimmt, denn es ist fast unmöglich, daßz.B. 10 gemessene Punkte einer Geraden auch genau auf der theoretischen Gerade liegen. DieWerte werden mehr oder weniger um die theoretische Gerade streuen.

Ma

x.D

iffe

ren

z

2s

4s

Ma

x.A

bs

tan

d

theoret ische Gerade

Die Abweichung von der Idealform

Werden mehr als die nötigen Punkte angetastet, so wird die Abweichung von der Idealform im mmangegeben.Diese Angabe kann wahlweise in unterschiedlicher Art erfolgen.Üblich sind drei Angabearten:

1. Maximale Differenz2. Maximaler Abstand3. Doppelte Standardabweichung 2 s

(Mit einem Faktor kann auch 4s, 6s usw. angegeben werden)

Welche der drei obigen Arten die Maschine anzeigt, wird in den Grundein-stellungen festgelegt.Die Standardabweichung ist nach der üblichen Formel berechnet.

Das Ergebnis einer Geradenmessung könnte jetzt wie folgt aussehen:

4 Gerade 2 30 80 0 0,011Die ersten Angaben unterscheiden sich je nach Fabrikat, die letzte Zahl istdie Abweichung von der Idealform in der eingestellten Art, meist Standardabweichung 2s.

1 - n

) xx( s

n

1i

2i∑

=−

=

Formel für Standard-abweichung


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Was ist ein Lotfusspunkt?

Geraden werden üblicherweise mit ihren Winkeln zu den drei Achsen angegeben. Damit ist ihreWinkellage bekannt, es fehlt allerdings noch der Abstand zum Nullpunkt. Dieser Wert wird alsAbstand des Lotfusspunktes in x, y, und z vom Nullpunkt angegeben.

Lotfusspunkt

Gerade

XY

Z

60

40

°

24.791

29

.54

4

1

2 3

4

6 7

8

Lotfusspunktkoordinaten

Gerade Projektion auf Winkel zur

GrundflächeLänge des

Lotesx y z

Vorderfläche von 4 nach linksxz 40° 38,567 24,791 0 38,567

Diagonale von 4 nach 2xz

Obere Kante von 2 nach 3xz

Kante von 4 nach 3xz

Von 5 nach vorn unter 30° ansteigend yz

Raumdiagonale von 8 nach 2räumlich

2. Aufgabe: Errechnen Sie die Fusspunktkoordinaten und die Längedes Lotes. Alle Geraden werden projiziert gemessen auf dieangegebenen Ebenen.Wenn Sie mit EXCEL arbeiten wird die Sache natürlich einfacher,aber Achtung, EXCEL arbeitet mit Bogenmaß.


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Zu 2.4 Verknüpfung der Elemente

VerknüpfungselementeSie entstehen aus Geometrieelementen

Verbindungs-element

Schnitt-element

Symmetrie-element

AbstandPunkt/PunktGerade/PunktKreis/KreisKreis/Gerade

GeradePunkt/PunktKreis/Kreis

KreisPunkt/Punkt/PunktKreis/Kreis/Kreis(Lochkreis)

PunktGerade/Gerade

2 PunkteKreis/Gerade

GeradeFläche/Fläche

Kreis(Ellypse)Zylinder/FlächeKegel/Fläche

KreisKugel/Fläche

PunktPunkt/PunktKreis/Kreis

GeradeGerade/Gerade

FlächeFläche/Fläche

Verbindungselement Gerade-- Kreis 1 antasten-- Kreis 2 antasten-- Verbindungselement bilden = GERADE

Verbindungselement Kreis-- Kreis 1, 2 und 3 antasten-- Verbindungselement bilden = KREIS

Schnittelement Punkt-- Gerade antasten-- Gerade antasten-- Schnittelement bilden = PUNKT

Beispiele für Verbindungs- und Schnittelemente


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10 39

75

55

81

40

1

2

3

3. Aufgabe

3. Aufgabe

3.1 Errechnen Sie die Koordinaten des Symmetrieelements aus Kreis 1 und 2

3.2 Unter welchem Winkel liegt das Verbindungselement von Kreis 3 und 2?

3.3 Gesucht ist das Verbindungselement ABSTAND der Elemente Kreis 1 und 3.

3.4 Geben Sie die Koordinaten der Schnittelemente zwischen einer Parallelen zur x-Achse,die durch den Mittelpunkt von Kreis 3 geht und dem Kreis 3. (Kreisdurchmesser 10mm)

3.5 Mathematisch schwierig ist die Bestimmung des Durchmessers des Verbindungsele-mentes der drei Kreise, nämlich des Lochkreises. Versuchen Sie es.

3.6 Wo liegt der Durchmesser des Lochkreises?

X

Y


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Zu 2.5 Soll-Ist-Vergleich (Toleranzvergleich nach DIN 7184)

Zweck der Soll-Ist-Vergleiche ist die Prüfung auf Masshaltigkeit und die Einhaltung vorgegebe-ner Toleranzen. Bei den Toleranzvergleichen wird immer das zuletzt gebildete Geometrie-Element zur Auswertung herangezogen. Es spielt dabei keine Rolle, ob das Element gemessen,aufgerufen, oder aus anderen Elementen gebildet wurde.

Die Software der Maschinen hält standardmäßig Toleranztabellen nach DIN 7168 vor. Dasbedeutet, daß der Benutzer statt oberem und unterem Grenzwert auch die Angaben H7 oder m(für mittel) eingeben kann.

Übersicht über die ToleranzvergleicheMaßtoleranz

WinkelAbstand

in den Achsendirekt

ElementeigenschaftMaßabweichung

Radius DurchmesserKegelwinkel

FormabweichungRundheitGeradheitEbenheitZylindrizitätKegelform

Achsrichtung

PositionKartesisch (x, y, z)Polar

ZylindrischRadiusWinkel Phi

RaumRadiusWinkel Theta

KonzentrizitätOrientierung

SymmetrieKoaxialitätRechtwinkligkeitNeigungParallelität

LaufRundlaufPlanlauf

Jedes Meßergebnis wirdvom PC mit einerPositionsnummerversehen. Diese Nummerlegt fest, an welcher Stelleim zugehörigenErstmusterprüfberichtdieser Toleranzvergleicherscheint.

Maß- Form- und Lagetoleranzen


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3. Meßübungen

Für die Meßübungen steht das unten skizzierte Teil zur Verfügung. Es ist so konstruiert, daßmöglichst viele typische Meßaufgaben und Soll/Ist-Vergleiche vorkommen. Als Werkstoff wurdeKunststoff gewählt, er ist leicht und korrosionssicher.

Das Probeteil für die Meßübungen und den Erstmusterprüfbericht


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Reihenfolge der Aktionen

1 Projektion EIN (xy-Ebene)

2 Gerade antasten

3 Punkt antasten

4 Verbindungselement/Abstand wählen

5 Kugelradius addieren

6

7

8

9

10

11

12

10

Reihenfolge der Aktionen

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Nutbreite 10

Nuttiefe 25

Achtung!Ein Abstand zwischen zweiGeraden kann nicht gebildetwerden, da sich paralleleGeraden im unendlichenschneiden.


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