Seit die ersten Werkzeugmaschinen vor mehr als 200 Jahren gebaut wurden, um die Fertigung schneller, genauer und standardisierter zu machen, müssen Werkzeugmaschinen kalibriert werden, um zu überprüfen, ob ihre Leistung wie gewünscht ist. Diese Kalibrierungen haben sich im Laufe der Jahrhunderte von Handmessungen und manuellen Anpassungen bis hin zur Standard-Laserinterferometerkalibrierung entwickelt, die heute in Maschinenwerkstätten auf der ganzen Welt angewandt wird.

Die heute übliche laserbasierte Werkzeugmaschinenkalibrierung misst in der Regel jede Achse des Werkzeugs einzeln mit einem gradlinigen Laserinterferometer, wie dem XD Laser von API. Auf diese Weise können lineare Fehler in den X-, Y- und Z-Achsen einer Maschine sowie deren Rechtwinkligkeit zueinander innerhalb weniger Stunden überprüft werden. Die Messsoftware analysiert die Messdaten und erstellt eine Korrekturtabelle, die direkt in die Steuerung der Werkzeugmaschine geladen werden kann, um eine automatische Kompensation bei zukünftigen Maschinenläufen zu ermöglichen.

Da die Hersteller jedoch immer mehr an die Grenzen stoßen, wenn sie größere, komplexere Baugruppen produzieren, ist oft ein noch höheres Maß an Genauigkeit erforderlich, als es mit den herkömmlichen Methoden möglich ist. Eine volumetrische Analyse der Maschine, bei der untersucht wird, wie die Achsen miteinander zusammenarbeiten und wie sich die Werkzeugspitze in Echtzeit durch den dreidimensionalen Raum bewegt, ist erforderlich. Und um eine volumetrische Fehlerkompensation (VEC) des gesamten Arbeitsvolumens der Maschine zu ermöglichen, benötigen Sie die Kombination aus Interferometergenauigkeit und 6DoF-Messfähigkeit, die nur mit dem Laser Tracker erreichbar ist.

Laser Tracker im VEC

APIs Ansatz für die volumetrische Kalibrierung großer 5-Achsen-Werkzeugmaschinen umfasst einen 6-DoF-Radian-Laser-Tracker mit Interferometrie-Fähigkeit und den motorisierten Active Target SMR. Die Interferometerfunktion des API Radian Pro Laser Tracker ist identisch mit der Technologie, die traditionelle Laserinterferometriesysteme seit Jahrzehnten erfolgreich zur Kalibrierung von Werkzeugmaschinen einsetzen. Die Kopplung der Interferometrie-Technologie mit der Fähigkeit eines Laser Trackers, einen sich bewegenden Punkt im Raum zu verfolgen, bietet die zusätzliche Möglichkeit, die Position der Werkzeugspitze der Maschine durch umfangreiche axiale Bewegungen über das gesamte Volumen der großen Maschinen zu verfolgen. Das motorisierte Active Target von API rastet auf dem Strahl des Radian ein und positioniert sich automatisch so, dass keine Verbindung zum Tracker besteht.

Mit Hilfe von Radian und Active Target misst das VEC-Verfahren alle 43 möglichen Fehlerparameter für bis zu 400 Punkte innerhalb des Arbeitsvolumens der Maschine mit allen möglichen Maschinenstellungen, auch mit dem Drehkopf. Jeder Punkt ist ein genaues Abbild der kinematischen Fehler der Maschine. Ein komplexer Algorithmus wird verwendet, um Fehlerquellen zu entkoppeln und eine extrem genaue volumetrische Maschinenfehlerkarte zu erstellen. Die Fehlerkompensation wird durch Addition der Kompensation der gesamten gemessenen Achse vervollständigt, um eine optimale Position der Werkzeugspitze zu erreichen.

Die API-Kalibrierungslösung umfasst auch eine firmeneigene Kalibrierungssoftware, die ein auf Polynomgleichungen basierendes, kinematisches Modell der Maschine verwendet, um Fehler im gesamten Volumen abzubilden. Um die Maschine in Echtzeit zu kompensieren, befindet sich die Software auf der Steuerung der Maschine oder auf einem separaten PC, der direkt mit der Steuerung der Werkzeugmaschine verbunden ist.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Software die Messungen des API Radian Pro Laser Tracker und des Active Target nutzt, um Kompensationswerte zu entwickeln, die die Maschinenfehler drastisch reduzieren. Sobald die Maschine wieder in Betrieb genommen wird, läuft die Software im Hintergrund, überwacht den programmierten Werkzeugweg und führt automatisch Echtzeitkorrekturen an der Werkzeugspitze durch.

Das weltweit tätige Team der erfahrenen Messtechniker bei API Metrology Services war an der Entwicklung der VEC-Technologie für die Großserienfertigung von Werkzeugmaschinen beteiligt und ist Experte für diese Technik und die hochmodernen laserbasierten Messgeräte von API. Mit mehr als 400 Jahren kombinierter Erfahrung in der Messtechnik in allen Industriezweigen verfügt das Unternehmen über das Know-how, um alles von der Prototypenprüfung über die Kalibrierung von Laser Trackern, Werkzeugmaschinen, KMGs und Industrierobotern bis hin zum großflächigen Scannen und zur Prozessüberprüfung zu bewältigen. Melden Sie sich mit dem unten genannten Formular, um sich Ihre persönliche Beratung zu holen.

Das SMR. Die Interferometerfunktion des API Laser Trackers ist die gleiche Technologie, die traditionelle Laserinterferometriesysteme seit Jahrzehnten erfolgreich zur Kalibrierung von Werkzeugmaschinen einsetzen. Die Kopplung der Interferometrie-Technologie mit einem Laser Tracker bietet die zusätzliche Möglichkeit, die Position der Werkzeugspitze der Maschine durch umfangreiche axiale Bewegungen und über das gesamte Volumen großer Maschinen zu verfolgen. Das motorisierte Active Target rastet auf dem API Laser Tracker ein und positioniert sich automatisch so, dass es den Laserstrahl des Trackers nicht verliert.

Mit dem Laser Tracker und APIs Active Target, für die Technik der volumetrischen Fehlerkompensation (VEC), zur Messung aller 21 Fehlerparameter für bis zu 400 Punkte innerhalb der Maschine bei allen möglichen Maschinenhaltungen, auch mit dem Drehkopf. Jeder Punkt wird ein genaues Abbild der kinematischen Fehler der Maschine. Ein komplexer Algorithmus wird verwendet, um Fehlerquellen zu entkoppeln und eine extrem genaue volumetrische Maschinenfehler-Karte wird erzeugt. Die Fehlerkompensation wird abgeschlossen durch Addition der Kompensation der gesamten gemessenen Achse, um eine optimale Tooltip-Position.

Die API-Kalibrierungslösung umfasst auch proprietäre Kalibrierungssoftware, die ein auf Polynomgleichungen basierendes, kinematisches Modell der Maschine erzeugt, um Fehler auf dem gesamten Datenträger abzubilden. Zum Ausgleichen der Maschine in Echtzeit, befindet sich die Software auf dem Controller der Maschine oder auf einem separaten PC die direkt mit der Steuerung der Werkzeugmaschine verbunden ist.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Software die Messungen der API Radian Laser Tracker und des Active Target zur Entwicklung von Kompensationswerten Maschinenfehler drastisch zu reduzieren. Sobald die Maschine wieder in Betrieb genommen wird, läuft die Software im Hintergrund, überwacht den programmierten Werkzeugweg und ermöglicht Echtzeit-Kompensationen automatisch für die Werkzeugspitze.

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