Lasersysteme zur Werkzeugvermessung

Andrea Gillhuber,

Werkzeuge sicher vermessen

Lasermesssysteme zur Werkzeugmessung und -überwachung in Bearbeitungszentren tragen einen wesentlichen Teil zu einer effizienten Produktion bei. Ein auf der EMO Hannover vorgestelltes Messsystem detektiert nicht nur Werkzeugbruch und Rundlauf, sondern erfasst auch den Zustand der Spindellagerung sowie der einzelnen Schneiden.

Das von Grund auf neu entwickelte Lasermesssystem LC50-Digilog von Blum. © Blum

Lasersysteme zur Vermessung von Werkzeugen werden schon seit den späten 1980er Jahren eingesetzt. Nach ersten Versuchaufbauten ab 1987 wurde das Erste seiner Art von Blum im Jahr 1991 auf den Markt gebracht und diente zur Werkzeugbruchkontrolle. Mittlerweile ist die vierte Generation auf dem Markt und das Funktionsspektrum reicht über das Detektieren von Werkzeugbruch hinaus.

Ab dem Jahr 2003 wurde ein Mikroprozessor in das Lasermesssystem integriert. Ab sofort gekennzeichnet mit dem Zusatz NT (Neue Technologie) war die neue Generation in der Lage, auch ziehende Messungen durchzuführen. So konnte der Einfluss von Kühlschmiermittel auf die Messung nochmals reduziert werden. Im Jahr 2007 folgte das Hybridsystem NT-H 3D, welches ein Lasersystem mit einem Messtaster kombinierte und so erstmals das komplette Werkzeugspektrum von Dreh-Fräszentren gemessen und überwacht werden. Die Hardware der Lasermesssysteme hat sich seit 2007 bis auf interne Verbesserungen praktisch nicht verändert, jedoch wurden viele neue Funktionen wie beispielsweise die schnelle Rundlaufkontrolle oder die Erfassung von Mikroausbrüchen, also mikroskopische Schneidenausbrüche, über die Weiterentwicklung der Software realisiert.

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Tausende Messwerte pro Sekunde

Mit dem LC50-Digilog stellte Blum auf der EMO Hannover im September vergangenen Jahres die neueste Generation des Lasermesssystems und damit einige Neuerungen vor. Bisherige digital-schaltende Lasermesssysteme mit NT-Technologie erzeugen beim Eindringen des Werkzeugs in den Laserstrahl bei einem bestimmten Abschattungsgrad ein Signal. So wird der Messimpuls erzeugt, wenn der Laserstrahl beispielsweise zu 50 Prozent abgeschattet ist, und an die Steuerung zur Erfassung der Achspositionen übermittelt. Digilog-Lasermesssysteme hingegen generieren viele tausend Messwerte pro Sekunde unter dynamischer Anpassung der Messgeschwindigkeit entsprechend der Nenndrehzahl des Werkzeugs. Je nach Werkzeug und durchgeführter Messung kann die Messzeit, unter anderem durch Wegfall der sonst notwendigen Feinmesssätze, um bis zu 60 Prozent reduziert werden. Durch die „digiloge“ Messung wird zudem ein kontinuierliches Profil jeder Schneide aufgenommen, wenn diese sich drehend durch den Laserstrahl bewegt. Das Lasermesssystem misst dabei jede Schneide einzeln, statt nur den Wert für die höchste Schneide zu ermitteln, wodurch ein Vergleich von kürzester zu längster Schneide möglich ist. Als Resultat werden auch Rundlauffehler, beispielsweise verursacht durch Verschmutzungen am Konus der Werkzeugaufnahme, automatisch erkannt. Ein weiterer Vorteil der hohen Anzahl an Messwerten pro Schneide ist, dass der LC50-Digilog Schmutz- und Kühlschmiermittelanhaftungen am Werkzeug nun automatisch erkennt und aus dem Ergebnis herausrechnet.

Auch die im Laufe eines Tages immer wieder notwendige Achskompensationsmessung ist mit der neuen Technologie circa 60 Prozent schneller und durch die integrierte Rundlaufmessung nochmals präziser. Ein weiteres Beispiel ist die Verschleißmessung eines Schaftfräsers inklusive Rundlaufkontrolle – auch hier konnte eine Messzeitverkürzung um über 55 Prozent realisiert werden.

Über Software mehr Funktionen

Mit dem LC50-Digilog können auch einzelne Wendeschneidplatten erfasst werden. Die Blasdüse zur Werkzeugreinigung ist als „Nase“ unterhalb des Werkzeugs erkennbar. © Blum

Nicht nur die Hardware wurde durch Blum überarbeitet, sondern auch der Funktionsumfang mithilfe von Software erweitert. Beispiele sind hier eine integrierte Rundlaufkontrolle und Rundlauffehlerkorrektur, die Aufnahme des Signalverlaufs (Sinus) und die Eliminierung von Ausreißern, sowie die Vermessung und Visualisierung von Werkzeugen.

Digilog-Zyklus „3D ToolControl“ ermöglicht die Aufnahme kompletter Werkzeugkonturen, was bisher nur von teuren bildverarbeitenden Systemen übernommen wurde. Die zugehörige Visualisierungssoftware LC-Vision erlaubt einen schnellen Soll-/Ist-Vergleich und eine direkte Beurteilung des Werkzeugs am Steuerungsbildschirm. Dabei ermöglicht die Lasermesstechnik das Abfahren sehr großer Konturen.

Weitere Neuheiten sind die Funktionen „SpindleControl“ und „Schnelle Einzelschneidenkontrolle“. Mit ersterer kann das Lasermesssystem den Zustand der Spindellagerung erfassen und frühzeitig auf Lagerschädigungen und daraus entstehende Ungenauigkeiten in der Bearbeitung hinweisen. Diese Daten können auch für eine vorbeugende Wartung genutzt werden – eine Spindel kann rechtzeitig überholt werden, bevor es zu einem Totalausfall und ungeplantem Maschinenstillstand kommt.

Die Funktion „Schnelle Einzelschneidenkontrolle“ ermög-licht hingegen eine Überwachung einzelner Werkzeugschneiden auf Ausbrüche. Die Kontrolle erfolgt bei Arbeitsdrehzahl und nicht bei einer von der Schneidenanzahl abhängigen, fest definierten Umdrehungszahl.

Modulares System

Das Lasermesssystem LC50-Digilog mit der Schnittstelle smart-Dock (links). © Blum

Ebenfalls neu ist das Blum smartDock. Diese Standardschnittstelle dient als Basis für alle neuen Träger-Systeme und enthält neben den elektrischen, mechanischen und pneumatischen Anschlüssen zwischen Maschine und Lasermesssystem auch alle notwendigen Pneumatikventile. Damit sind statt drei Pneumatikleitungen für Werkzeugreinigung, Linsenverschluss und Sperrluft nur eine einzige gepanzerte Leitung für Luft sowie eine weitere Leitung für den elektrischen Anschluss erforderlich. Die beim LaserControl NT notwendige, separate Pneumatikeinheit kann im Fall einer vorhandenen Druckluftqualität gemäß ISO 8573-1 Klasse 1.3.1 sogar komplett entfallen. Bei der Entwicklung des smartDock legte das Unternehmen besonderen Wert auf eine platzsparende und benutzerfreundliche Bauform. Für den Fall eines Wechsels ist das Lasermesssystem schnell ausgetauscht, da eine mechanische Ausrichtung per Messuhr entfällt und nach dem Austausch nur neu kalibriert werden muss.

Auch die Blasdüse zur Werkzeugreinigung wurde von Grund auf neu entwickelt. Die HPC-Reinigungsdüse lässt sich nun an beiden Seiten des Messsystems montieren, wobei die Form verhindert, dass sich am Düsengehäuse Späne ansammeln. Die Luftführung wurde mittels Strömungs- analyse optimiert und der Reinigungsdruck gegenüber der Vorgängerdüse um 25 Prozent erhöht.

Die Schmutzblenden wurden ebenfalls komplett neu entwickelt. Durch die neue Form vergrößert sich die effektive Weite des Lasermesssystems, sodass sich je nach Ausführung bis zu 30 Prozent größere Werkzeuge messen lassen. Auch beim Messen kurz eingespannter Werkzeuge ist die neue Formgebung von Vorteil, da die Werkzeugaufnahme tiefer zwischen Sender und Empfänger des Systems positioniert werden kann. Zudem sind die Schmutzblenden durch den Bajonettverschluss werkzeuglos an- und abzubauen.

Laseroptik überarbeitet

Das Herzstück eines Lasermesssystems ist die enthaltene Optik und auch diese wurde beim neuen LC50-Digilog angepasst und so die Absolutgenauigkeit erhöht. Beispielsweise wurde der Strahldurchmesser um 30 Prozent reduziert sowie die Strahlform optimiert, wodurch eine höhere Messgenauigkeit bei Werkzeugen mit Eckenradien, zum Beispiel Kugelfräser, möglich wird. Aber auch die Homogenität des Laserstrahls wurde weiter verbessert, wodurch beispielsweise der Einfluss von Kühlmittelnebel nochmals verringert werden konnte.

Nach Unterlagen von Blum-Novotest / ag

Blum-Novotest feiert 50-jähriges Firmenjubiläum

Blum-Novotest feiert 50-jähriges Firmenjubiläum © Blum

Angefangen hat alles als ein Ein-Mann-Ingenieurbüro im Jahr 1968, als der Luft- und Raumfahrtingenieur Günther Blum ein Ingenieurbüro für die Werkzeugmaschinenindustrie in Schmalegg gründete. Er übernahm Auftragskonstruktionen für Werkzeugmaschinenhersteller und entwickelte in diesem Rahmen unter anderem Rundtaktmaschinen und Schwenkfutter.
Ab den 1970er Jahren beschäftigte sich das junge Unternehmen darüber hinaus mit Elektroplanungen und stellte die erste Anpasssteuerung für Werkzeugmaschinen auf Halbleiterbasis vor. In den 1980ern folgte der Einstieg in die Fertigungs- sowie Lasermesstechnik sowie de Ausbau des Portfolios für Werkzeugmaschinen. Aus dem Ein-Mann-Ingenieurbüro wurde ein Familienunternehmen mit drei Geschäftsbereichen: Prüftechnik, Messmaschinen und Messkomponenten.
Ende der 1990er Jahre wagte das Unternehmen den ersten Schritt in die weite Welt. Es wurden die ersten Niederlassungen in den USA, Japan, Frankreich, Italien und dem Vereinigten Königreich gegründet.
Nachdem Alexander Blum im Jahr 2001 die operative Geschäfsführung übernahm, folgte der „Sales & Service Roll-out“; dabei wurden weitere Niederlassungen in Singapur, Korea, Taiwan, China und Spanien eröffnet und somit das Netzwerk über die ganze Welt gespannt. Seit 2008 steht für das Unternehmen mit Hauptsitz in Grünkraut, Baden-Württemberg, die lokale Abdeckung im Vordergrund.
So wurden Zweigstellen unter anderem in Indien, Polen, Russland und der Türkei gegründet. Mittlerweile beschäftigt das Familienunternehmen weltweit mehr als 550 Mitarbeiter. Für das laufende Geschäftsjahr rechnen die Verantwortlichen zudem mit einem Umsatzwachstum über der normalen Marktentwicklung auf über 80 Millionen Euro. Auch die Produktionskapazität wird erweitert: In Grünbach wird mit einem neuen Montagegebäude (5.500 m2) die Produktionskapazität verdoppelt, in Willich entsteht ebenfalls eine neue Montagehalle mit 600 m2.

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