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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
KMG.dtp Seite 1
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
Cloodt Meßtechnische Übungen_______________________________________________________________________Koordinatenmeßgerät
KMG.dtp Seite 2
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
Cloodt Meßtechnische Übungen_______________________________________________________________________Koordinatenmeßgerät
KMG.dtp Seite 3
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)
Cloodt Meßtechnische Übungen_______________________________________________________________________Koordinatenmeßgerät
KMG.dtp Seite 4
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
Cloodt Meßtechnische Übungen_______________________________________________________________________Koordinatenmeßgerät
KMG.dtp Seite 5
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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KMG.dtp Seite 6
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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KMG.dtp Seite 7
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
Cloodt Meßtechnische Übungen_______________________________________________________________________Koordinatenmeßgerät
KMG.dtp Seite 8
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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KMG.dtp Seite 9
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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KMG.dtp Seite 10
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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KMG.dtp Seite 11
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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