Bei Videomessungen beeinflusst die Art der Werkstückspannung auf dem Messtisch die Zuverlässigkeit der Messergebnisse maßgeblich. Viele instabile Datensätze entstehen nicht durch das Messgerät selbst, sondern durch unsachgemäße Spannverfahren. Dieser Artikel analysiert den Einfluss der Spannvorrichtung auf die Messergebnisse unter drei Gesichtspunkten: Spannstabilität, Werkstückverformung und Bezugspunkterhaltung.
1. Klemmstabilität und Wiederholgenauigkeit
Die Hauptfunktion der Spannvorrichtung besteht darin, das Werkstück während des Messvorgangs zu fixieren. Wenn eine Videomessmaschine Bilder aufnimmt und Koordinaten berechnet, verwendet sie die Ausgangsposition des Werkstücks auf dem Messtisch als Referenz. Verschiebt sich das Werkstück während der Messung – selbst um wenige Mikrometer –, sind alle nachfolgenden Messungen, die auf dieser Position basieren, fehlerhaft.
Häufige Ursachen für solche Verschiebungen sind: unzureichende Spannkraft, die ein Verrutschen des Werkstücks durch sein Eigengewicht oder Vibrationen der Vorrichtung ermöglicht; Verunreinigungen wie Öl oder Späne zwischen der Auflagefläche der Vorrichtung und dem Werkstück, die zu einem instabilen Kontakt führen; und unzureichende Steifigkeit der Vorrichtung selbst, die sich unter äußerer Krafteinwirkung elastisch verformt. Diese Faktoren sind oft mit bloßem Auge nicht erkennbar, zeigen sich aber als deutliche Streuung in wiederholten Messdaten.
Bei geometrischen Toleranzen, die auf Bezugspunkten wie Position, Parallelität und Koaxialität basieren, ist die Positionsgenauigkeit des Bezugspunkts entscheidend. Sobald sich der Bezugspunkt beim Spannen verschiebt, werden alle auf diesen Bezugspunkt bezogenen Messergebnisse ungültig. Selbst wenn die Werte scheinbar innerhalb der Toleranz liegen, ist die tatsächliche Beurteilung falsch.
2. Werkstückverformung durch die Spannkraft
Unsachgemäße Spannmethoden beeinträchtigen nicht nur die Stabilität, sondern können auch die Form des Werkstücks direkt verändern. Dünnwandige, schlanke und nicht starre Bauteile reagieren besonders empfindlich darauf.
Ein häufiger Fehler ist die direkte Verwendung von Bearbeitungsspannvorrichtungen zur Fixierung dünnwandiger Werkstücke. Bearbeitungsspannvorrichtungen üben typischerweise hohe Spannkräfte aus, die den Schnittkräften entgegenwirken sollen, während Messvorrichtungen eine solche Kraft nicht benötigen. Zu hohe Spannkräfte verursachen elastische Verformungen in dünnwandigen Teilen – beispielsweise verändert ein dünnwandiger Ring, der durch eine Spannvorrichtung zusammengedrückt wird, seinen Querschnitt von kreisförmig zu elliptisch, und der gemessene Durchmesser wird kleiner als der tatsächliche Wert. Nach dem Lösen der Spannvorrichtung federt das Werkstück zurück, und die tatsächliche Größe stimmt nicht mehr mit den Messdaten überein. Dieser Fehler ist systematisch und kann durch wiederholte Messungen nicht erkannt werden; er wird erst im Vergleich mit anderen Messmethoden, wie beispielsweise einer Koordinatenmessmaschine, sichtbar.
Ein weiterer zu beachtender Aspekt ist die Verwendung von Magnetfüßen. Bei Werkstücken aus Stahl verwenden Anwender mitunter Magnetfüße zur Fixierung. Obwohl die magnetische Klemmung praktisch ist, kann die Magnetkraft das Werkstück minimal verkippen. Diese Verkippung ist visuell kaum wahrnehmbar, insbesondere wenn die Unterseite des Werkstücks nicht eben ist. Sie führt dazu, dass die Messebene nicht mehr senkrecht zur optischen Achse steht, was einen Kosinusfehler und somit zu überhöhten Messwerten führt.
3. Grundsätze der ordnungsgemäßen Klemmung
Um die oben genannten Probleme zu beheben, sollte beim Klemmen in der Videomessung folgender Prinzipien gefolgt werden:
Verwenden Sie spezielle Messvorrichtungen. Diese sind so konstruiert, dass sie eine zuverlässige Fixierung mit minimaler Spannkraft gewährleisten. Dies unterscheidet sich von den Kraftanforderungen bei Bearbeitungsvorrichtungen. Die Auflageflächen und Spannpunkte der Messvorrichtungen sollten so angeordnet sein, dass keine Kräfte in der Nähe kritischer Messbereiche wirken.
Die Spannkraft ist zu kontrollieren. Sie sollte auf das Maß beschränkt werden, das erforderlich ist, um das Werkstück während der Messung ohne Verschiebung zu fixieren; übermäßige Sicherheitsmargen sind zu vermeiden. Bei dünnwandigen und leicht verformbaren Teilen kann eine gleichmäßige Mehrpunktspannung oder eine elastische Abstützung zur Kraftverteilung eingesetzt werden.
Halten Sie die Bezugsflächen sauber. Prüfen Sie vor jedem Spannvorgang die Auflageflächen der Vorrichtung und die Bezugsflächen des Werkstücks und entfernen Sie Öl, Späne und Staub. Kleinste Verunreinigungen können das Werkstück verkanten oder anheben und so die Genauigkeit der Bezugsfläche beeinträchtigen.
Verschleißteile umgehend austauschen. Komponenten wie Positionierstifte und Stützpfosten von Vorrichtungen verschleißen bei langfristiger Nutzung, und abgenutzte Positionierflächen gewährleisten nicht mehr die ursprüngliche Genauigkeit. Ihr Zustand sollte regelmäßig überprüft und verschlissene Teile umgehend ausgetauscht werden, um systematische Abweichungen durch Vorrichtungsverschleiß zu vermeiden.
4. Abstimmung mit der Instrumentenstruktur
Die Zuverlässigkeit der Klemmung hängt auch von der Konstruktion des Instrumententisches ab. Der Tisch der JATEN- Videomessgeräte wird motorisch bewegt und ermöglicht so eine gleichmäßige Verfahrbewegung. Beim Spannen ist darauf zu achten, dass Gewicht und Anordnung der Vorrichtung die Bewegungsgenauigkeit des Tisches nicht beeinträchtigen. Der Schwerpunkt der Vorrichtung sollte möglichst nahe der Tischmitte liegen, um eine ungleichmäßige Belastung der Führungsschienen zu vermeiden.
Standardisierte Spannverfahren sind die Grundlage für zuverlässige Videomessdaten. Durch die sinnvolle Auswahl der Spannvorrichtung, die korrekte Steuerung der Spannkraft, saubere Bezugsflächen und den rechtzeitigen Austausch verschlissener Teile lassen sich Messabweichungen aufgrund von Spannproblemen wirksam reduzieren.