NikoN Metrology NewsAnwenderberichte und Produktneuigkeiten AusgAbe 08

Schnellere und kostengünstigere Produktion von Glasformen

Nikon Mikroskop unterstützt weltweit führende Gesteinsanalytik

Die belgische Universität Leuven nutzt die CT-Messtechnik für

neue Fertigungsverfahren

Modernste Werkzeugfertigungdank 3D-Laserscannen

MultisensorfähigeMesstechnikfür tiefere Einblicke und höhere Produktivität

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Den optimalen Sensor für jede MessaufgabeMultiseNsorfähige softwAre CAMio

InhaltSchnellere und kostengünstigere Produktion vonGlasformen dank fortschrittlicher Multisensormesstechnik 4

Automatisiertes Fotomikroskop von Nikon unterstützt weltweit führende Gesteinsanalytik 7

Die belgische Universität Leuven nutzt die CT-Messtechnik, um die geometrische Genauigkeit innenund außen liegender Merkmale von Industriebauteilen zu analysieren 10

ALTERA Koordinatenmessgeräte in Portalbauweise Herausragende Leistung, jetzt und in Zukunft 14

CAMIO8 Bessere Einblicke und höhere Produktivität 16

Laserscannen eröffnet Druckgießerei neue Geschäftsfelder 18

Neue VMZ-R Baureihe CNC Videomesssysteme 21

Scannendes Elektronenmikroskop unterstützt Keramikentwicklung der nächsten Generation 22

SMZ25 & SMZ18 Ein Meilenstein für die Stereomikroskopie 25

Rapid Manufacturing-Unternehmen beschleunigt die Werkzeugfertigung mittels 3D-Laserscantechnik 26

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Titelbild:Horizontalarm-KMG in Doppelständerausführung mit Cross Scannern an der Warwick University

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Den optimalen Sensor für jede Messaufgabe

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Omco-Gruppe Schnellere und kostengünstigere Produktion von Glasformen dank moderner Multisensormesstechnik

Nikon Metrology Laserscanner verkürzt die Zeit bis zur Projektgenehmigung von 2 Wochen auf 24 Stunden

Die belgische Omco-Gruppe, der führende Hersteller von Glasformen in Europa, ist Pionier im Einsatz der Laserscantechnik. Individuelle Flaschenformen werden für die Kunden digitalisiert, sodass sich die Zeit zwischen Bestellung und Lieferung der fertigen Form entscheidend verkürzt. Der digitale Streifenlaserscanner ist ein Produkt von Nikon Metrology, einem in der 3D Laserscantechnik führenden Unternehmen, das Teil des namhaften Technologiekonzerns Nikon ist. Der Scanner ist an einem Koordinatenmessgerät (KMG) installiert, das sich in Lasi, einer der sieben Gießereien von Omco im Nordosten Rumäniens, befindet.

Die Gussformen, die für die Massenproduktion von Glasflaschen und -gefäßen bestimmt sind, werden vor allem an Konsumgüterhersteller (FMCG-Unternehmen) und deren Lieferketten in der Getränke-, Nahrungsmittel-, Pharma-, Kosmetik- und Geschirrindustrie verkauft. Jeder, der diese Zeilen liest, wird höchstwahrscheinlich schon einmal einen Softdrink oder ein alkoholisches Getränk aus einer Flasche konsumiert haben, die aus einer von Omco produzierten Form stammt – um nur einige wenige bekannte Kunden zu nennen: Coca-Cola, Pepsi Bottling Group, Heineken, Carlsberg, Absolut Vodka, Bacardi und viele Weingüter in der Champagne und andernorts.

Die Hersteller von Glasbehältern haben zunehmend anspruchsvollere Kunden und sind mit steigenden Energiekosten sowie einem wachsenden Wettbewerb durch andere Verpackungen, insbesondere Kunststoffe, konfrontiert. Die Hersteller von Glasformen müssen daher präzisen Kundenanforderungen nach höchster Qualität und kurzen Vorlaufzeiten entsprechen und dabei gleichzeitig wettbewerbsfähige Preise bieten. Ein Mittel, das Omco die Erfüllung dieser Ziele ermöglicht, ist die Einführung neuer Verfahren gleich zu Beginn des Fertigungsprozesses für eine Form. Dabei spielt der neue Nikon Metrology Laserscanner eine zentrale Rolle.

Der erste Schritt eines Auftrags besteht für Omco in der Eingabe der Konstruktionsdaten eines Kunden. Diese können unter anderem auch eine individuelle Ausgestaltung sowie eine Beschriftung umfassen, die auf die gekrümmte Fläche einer Flasche aufzutragen ist. Die Daten gehen in Form einer Zeichnung oder elektronisch in Form einer DXF Datei ein. Die Mitarbeiter im Werk Lasi verarbeiten diese Informationen und fertigen mithilfe von CNC-Maschinen, wie beispielsweise einem DMG / Mori Seiki Bearbeitungszentrum, einer Doosan Drehmaschine und einer Baublys Graviermaschine, ein Musterteil der Flasche an. Das Ergebnis ist eine physische Reproduktion der geplanten Flaschenform, von der eine Kopie aus Epoxidharz angefertigt wird.

Im nächsten Schritt treten erhebliche Unterschiede zwischen dem herkömmlichen Verfahren und dem Prozessverlauf mit einem Laserscanner auf, wie Alexandru Geant a, Qualitätsmanager am Omco-Standort Lasi, erläutert. „Früher haben wir das Harzmodell

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an den Kunden geschickt, meistens per Luftfracht, da diese Projekte meistens eine hohe Dringlichkeitsstufe haben. Allerdings dauerte die Beförderung eines Pakets beispielsweise von Rumänien nach Argentinien mehrere Tage und dann musste das Modell noch am anderen Ende ausgewertet und abgenommen werden. Insgesamt dauerte es bis zu 14 Tagen, bis etwaige Konstruktionsänderungen bei uns eingegangen sind plus die Zeit bis zur Freigabe des Produktionsstarts für diese Formen.

Jetzt scannen wir das Harzmodell einfach aus verschiedenen Winkeln am KMG. Dazu setzen wir den LC50Cx Laserscanner ein, der an einem motorisierten PH10 M Dreh-/Schwenkkopf von Renishaw angebracht ist. Die daraus entstehenden Punktewolkendaten, eine exakte digitale Kopie des physischen Modells, werden durch Konvertierung in das IGES-Format auf ein Datenvolumen von rund 80 MB komprimiert. Diese Datei wird auf elektronischem Weg an den Kunden geschickt und kann auf unterschiedlichsten CAD-Plattformen geöffnet werden. Die Bearbeitungszeit ist weitaus kürzer, da die Genehmigung in der Regel am selben Tag oder spätestens nach 48 Stunden erteilt wird. Unter anderen Umständen verwenden wir den Laserscanner direkt zu Beginn eines Projektes, um ein Flaschenmuster, das uns ein Kunde geschickt hat und für das es keine Zeichnungen und/oder CAD-Konstruktionsdaten mehr gibt, zu digitalisieren (Reverse Engineering). Die Scandaten werden als IGES-Datei direkt per E-Mail an den Kunden zur Genehmigung übertragen und die Herstellung eines Harzmodells erübrigt sich damit.”

Der Kunde sei nicht nur am Aussehen des Endprodukts sondern auch an der Maßhaltigkeit interessiert, erläutert Geant a. Maße können weitaus einfacher aus digitalen Daten extrahiert werden als durch die Messung eines Musterteils oder Modells. Sollten kleine Änderungen an einem Maß oder tatsächlich am Design selbst erforderlich sein, werden diese schnell per E-Mail oder telefonisch übermittelt.

Dank der Möglichkeit, das Bearbeitungsverfahren im Vorfeld des Formenherstellungsprozesses stark zu verkürzen, können gut zwei Wochen Zeit gespart werden. Nach Genehmigung der IGES-Datei durch den Kunden wird diese im Werk Lasi in das Delcam CAD/CAM-System geladen. Dann werden die Werkzeugwege für die CNC-Bearbeitung der Gussformen erstellt und nachbearbeitet. Die Prüfung und der Zusammenbau der Gussform dauern dann rund vier Wochen. Die Vorlaufzeit wird somit um ein Drittel verkürzt, was angesichts dieses wettbewerbsintensiven Geschäfts ein beachtlicher Vorteil ist.

Nicht nur Zeit, sondern auch Kosten werden im Zuge des Genehmigungsverfahrens gespart: Es fallen keine Luftfrachtkosten mehr für den Transport an Kunden aus der ganzen Welt an, sodass die Kosten häufig um mehrere tausend Euro sinken.

Das formenvolumen wird geprüft, um den richtigen glasanteil zu prüfen Darüber hinaus bietet der Laserscanner eine alternative, und gleichzeitig praktischere Methode zur Berechnung des Glasvolumens der Flasche oder des Gefäßes, die bzw. das aus der Form hergestellt wird. Früher wurde dazu der Boden der Vorform versiegelt und

Der LC50Cx digitalisiert praktisch alle Oberflächen, einschließlich glänzender Werkstoffe.

Die Programmierung des Scanpfads erfolgt im Teach-und-Learn-Verfahren.

“ Abgesehen davon, dass sie Zeit und Geld spart, bietet die automatisierte Inspektion weitere Vorteile, wie eine höhere Genauigkeit und die Vermeidung menschlicher Fehler.Alexandru Geant a, Qualitätsmanager bei Omco

Der am KMG installierte digitale LC50Cx Streifenlaserscanner prüft das Harzmodell einer Coca-Cola-Flasche.

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nachgesehen, wie viel Wasser benötigt wird, um den Hohlraum zu füllen. Die Scandaten, die der LC50Cx von der Form nach ihrer Bearbeitung erfasst hat, sind jedoch so präzise, dass das Volumen genau aus dem virtuellen Modell berechnet werden kann.Die Bedeutung dieser Messungen kann nicht genug betont werden. Mit der Vorform wird ein kleiner, fester Külbel (ein Vorformling aus Glas) hergestellt, der zur Herstellung der Flasche formgeblasen wird. Die Volumenmessung dieses Vorformlings ist entscheidend, da zu wenig Glas zu einem Bruch der Flasche führen könnte und zu viel Material eine enorme Verschwendung in der anschließenden Serienproduktion bedeuten würde.

Interessanterweise war die Berechnung des Formenvolumens der Test, an dem verschiedene Messtechnikhersteller vor der Auftragsvergabe von Omco gemessen wurden. Wie Herr Geant a berichtete, waren die Volumenergebnisse, die Nikon Metrology aus den Daten eines Formlings zur Herstellung eines Babynahrung-Gläschens erzielt hatte, absolut exakt. Keiner der anderen potenziellen Anbieter war in der Lage, ein akzeptables Genauigkeitsniveau zu liefern, und eine Berechnung ergab einen um 30 Prozent höheren Wert!

Dreimal schnellere endabnahmeDieselbe KMG-Plattform wird für die Qualitätskontrolle aller einzelnen Komponenten nach der Herstellung verwendet, sodass alle Schritte der statistischen Prozesskontrolle (SPC) vollständig in der Werkstatt abgeschlossen werden können. Omco, das gemäß ISO 9001:2008, dem international anerkannten Qualitätsmanagementsystem, zertifiziert ist, kann dank Nikon Metrologys Software CAMIO erhebliche Kosten sparen. Mit dieser Software können Programmierer nämlich schnell und unkompliziert einen vollautomatischen Messzyklus aus dem CAD-Modell eines Werkstücks erstellen. Ein berührender Messtaster, der auf dem indexierbaren Renishaw-Tastkopf PH10M installiert ist, führt die 3D-Daten jedes einzelnen Punkts zurück, während der Messzyklus ausgeführt wird.

Für die Herstellung der Formhälften werden die Gussteile aus den beiden Omco Gießereien in Belgien und Slowenien mit CNC-Maschinen bearbeitet und gefräst. Jedoch werden auch andere Gussformen für die Glasproduktion, wie Scheiben, Versperrungen

("Baffles"), Blasköpfe, Kurzrohre, Trichter und Leiterplatten auf Glasbasis, angefertigt. Dadurch erhöht sich die Zahl der zu prüfenden Teile auf 30 bis 100 Stück, je nachdem, wie umfangreich und komplex die Glasblasausrüstung des Kunden ist.

Früher, das heißt, seit der Gründung des Lasi Werks Ende 2005, wurden herkömmliche Messgeräte, wie Mikrometer und Messschieber verwendet, um die Teile von Hand zu messen. Auf dem im Werk bereits vorhandenen KMG wurde ein Tastkopf mit starrem Messtaster eingesetzt. Damit konnten die Messungen jedoch nicht automatisch abgeschlossen werden, wodurch diese Aufgabe sogar noch zeitaufwändiger wurde. Die Bediener benötigten daher eine komplette 8-Stunden-Schicht, um durchschnittlich jeweils 30 Formteile von Hand zu prüfen.

Nun können 100 Teile pro Schicht am KMG mit nur einem Bediener geprüft werden. Der Arbeitsaufwand in der Messabteilung ist daher um das Dreifache gesunken, was sich wiederum positiv auf die Kosten der Formenproduktion auswirkt. Zehn bis zwanzig wichtige Maße werden an jedem Teil in Zyklen gemessen, die zwischen zwei und fünf Minuten dauern. Dabei werden etwa 80 Prozent der Formteile dieser Prüfung unterzogen. Die Losgrößen bewegen sich zwischen ein und zwei Musterteilen bis hin zu 40 Stück (Normalfall) oder 150 Stück (Ausnahmefall).

„Abgesehen davon, dass sie Zeit und Geld spart, bietet die automatisierte Inspektion weitere Vorteile, wie eine höhere Genauigkeit und die Vermeidung menschlicher Fehler“, fährt Herr Geant a fort.

„Ein Handmessgerät kann einfach einmal ausrutschen und bei einer Toleranz von ±10 Mikrometern an einer Form von 30 mm Durchmesser würde eine solche Messung beispielsweise schon wertlos sein.

Die Kunden sind auch begeistert von der nun verfügbaren Datenfülle. Selbst wenn sie nicht alle Daten benötigen – möglicherweise nur 15 kritische Maße von 20 Komponenten – haben sie die Gewissheit, dass alle Informationen in Reichweite sind.”

Anstatt ein Harzmodell per Luftfracht zum Kunden befördern zu müssen, stehen die 3D-Oberflächendaten in Sekundenschnelle zur Verfügung.

Durch den Einsatz eines multisensorfähigen CNC-KMGs wird der Messdurchsatz bei der Endabnahme einer Glasflaschenform verdreifacht.

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Mit PETROG, dem rechnergesteuerten Prüfsystem, lassen sich Gesteinsmuster besser verstehen und schneller analysieren

Conwy Valley Systems in Nordwales, ein Unternehmen, das 1997 von Dr. Barrie Wells und seinem Partner Mark Gorst gegründet wurde, ist weltweit führender Anbieter von Fotomikroskop-Systemen für die Prüfung, statistische Analyse und Klassifizierung von Gesteinsproben in der Öl- und Gasförderung.

Automatisiertes Nikon Fotomikroskop unter-stützt weltweit führende Gesteinsanalytik

Das Prüfsystem, das unter dem Handelsnamen PETROG vermarktet wird und allgemein als digitales Petrographiegerät bekannt ist, wird von Nikons Polarisationsmikroskop Eclipse 50iPOL mit Binokulartubus und einem Digitalkamerasystem der „Digital Sight“ (DS) Serie ergänzt.

Dieser Technologiezweig hat so grundlegende Fortschritte gemacht, dass er nahezu lebenswichtig für Mineralogen und Geologen, die Fernerkundungsdaten sammeln, geworden ist. Sie nutzen diese Technologie für die Feinabstimmung und das Ground-Truthing (Abgleich der Fernerkundungsdaten gegen die direkt durch Geländeerkundung am Boden aufgenommenen Informationen) der Messungen, die sie an Gesteinstrukturen vorgenommen haben.

Die Struktur von Gesteinsproben (Korngrößendaten) wird in einem quantitativen und neutralen Verfahren, dem sogenannten „Point-counting“, ermittelt. Eine dünnwandige Gesteinsprobe wird zu diesem Zweck unter dem Mikroskop betrachtet, sodass so viele Punkte wie möglich auf dem Objektträger erfasst und genau aufge-zeichnet werden kann, was an jedem Punkt zu sehen ist. Dann wird eine Beschreibung aller erfassten Informationen zusammengestellt.

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Das PETROG-System besteht aus einem Nikon Eclipse 50iPOL Binokularmikroskop, das mit einer Nikon DS-Fi2 5-Megapixel Digitalkamera bestückt ist. Für Analysezwecke überträgt die Nikon Digital-Sight-Kamerasteuerung DS-U3 überlappende Bilder der Gesteinsprobe per HighSpeed-FireWire-Schnittstelle an einen Rechner.

Herzstück eines PETROG-Systems ist der hier abgebildete kompakte, rotierende, schaltende Objekttisch, der am Nikon Mikroskop angebracht ist.

Um statistisch repräsentative Werte zu erhalten, müssen in der Regel 300 bis 500 Punkte beschrieben werden – eine bedeutende Aufgabe.

Das automatisierte Punktezählsystem mit manueller Aufzeichnung der Ergebnisse über Kontrollkästchen ist eine weitaus schnellere und präzisere Alternative zur visuellen Mikroskopie. Der Anwender gewinnt ein weitaus besseres Verständnis für die Gesteinsprobe, ihre mineralogischen Zusammensetzung sowie ihre Kapazität zur Erdölführung und Erdölgewinnung. PETROG zeigt die Ergebnisse fast zeitgleich auf dem Bildschirm an und bietet den zusätzlichen Vorteil, dass alle Fotografien bei Bedarf für spätere, weitere Analysen gespeichert werden können.

Ein weiteres Verfahren zur Prüfung von Gesteinen ist die Analyse der aufgeschlossenen Probe, bei der einfach die Porosität der Probe und somit die Ölmenge, die das Material fassen könnte, analysiert werden. Dieses Verfahren gibt jedoch keinen Aufschluss darüber, wie die Hohlräume miteinander verbunden sind und somit auch keine Anhaltspunkte über die Qualität des möglichen Öldurchflusses.

Die Einmaligkeit des PETROG-Systems beruht auf der Erfindung des schaltenden Objekttisches, der eine automatische Rotation des Polarisationsmikroskopes ermöglicht. Anders als bei herkömmlichen Mikroskopen, bei denen Objektträger und Objekttisch fixiert sind, muss ein Gerät, das für Gesteinsuntersuchungen eingesetzt wird, Lichteinfälle aus verschiedenen Winkeln durch einen Polarisationsfilter betrachten können. Nur so werden die Unterschiede zwischen verschiedenen Elementen, wie beispielsweise Feldspat, Quarz und Ton, erkennbar und der Objekttisch muss daher in bekannten Schritten indexiert werden können. Das System eignet sich gleichermaßen für die Untersuchung von Proben im Auflicht- (mit reflektiertem Licht) und im Durchlichtverfahren (Durchleuchtung).

Ein weiterer Einsatzbereich im Energiesektor ist die Kohlenstoffanalytik, mit der die Qualität von Proben ausgewertet werden kann. Ein Bergbauunternehmen kann auf dieser Grundlage bestimmen, in welchem Mischungsverhältnis sein Produkt verschmolzen werden

“ Das automatisierte Punktezählsystem mit manueller Aufzeichnung der Ergebnisse über Kontrollkästchen ist eine weitaus schnellere und präzisere Alternative zur visuellen Mikroskopie.

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soll und wo es verkauft werden sollte. Beispielsweise kann ein Stahlhüttenwerk die Informationen über die Mikrostruktur der Kohle nutzen, um zu berechnen, wie lange sie bei Hochofentemperatur brennen wird. Damit kann das Verfahren zur Stahlerzeugung besser kontrolliert und optimiert werden.

Die Baubranche profitiert ebenfalls von dem PETROG-System, da eine Probe gemischten Betons genauso einfach wie natürliches Gestein analysiert werden kann. Für Conwy Valley Systems erschließt sich damit ein wichtiger neuer Zielmarkt. Ein jüngster Erfolg war der Kauf dieses digitalen Petrographiegeräts durch CEDEX, ein staatliches Forschungsinstitut mit Sitz in Madrid, Spanien. Das Gerät soll eingesetzt werden, um die Unversehrtheit der öffentlichen Hoch- und Tiefbauten in Spanien, einschließlich kritischer Bauten, wie Dämme, zu überwachen und frühzeitig Hinweise auf Fehler in der Betonstruktur zu erkennen.

Der erste Einsatz in diesem Sektor erfolgte im Jahr 2004, als das PETROG-System in Cornwall, Großbritannien, installiert wurde. Es sollte Hypothekenbanken dabei helfen, den vor Ort hergestellten Beton auf eine spezielle Verunreinigung zu prüfen, die möglicherweise zu Rissbildung hätte führen können. Die sogenannten „mundic Tests“ (Schwefelkiesprüfungen) waren erforderlich, da Häuser im Südwesten Englands vor 1950 häufig mit Betonsteinen erbaut wurden, die ein Gemenge aus Kupfer- oder Bleihalden enthielten, das wiederum Sulfide enthielt, die oxidieren und den Zerfallsprozess beschleunigen konnten.

Conwy Valley Systems wurde 2011 in der Kategorie „Innovation“ mit dem „The Queen’s Awards for Enterprise“ ausgezeichnet und hat heute installierte Systeme in über 40 Ländern. Ein entscheidender Service des Unternehmens besteht in der Bereitstellung und Installation des schaltenden Objekttisches am Mikroskop, der Digitalkamera und der PETROG Software. Letztere ist mit der Steuerungssoftware der Nikon Digitalkamera verbunden und ermöglicht die Fernerfassung und Einbindung von Bildern für die petrographische Analyse.

Schliffbild einer Sandsteinprobe aus einem Ölfeld, mit Poren, die durch blauen Farbstoff hervorgehoben werden

Schliffbild einer von CEDEX, Spanien, genommenen Betonprobe. Die Poren erscheinen gelb, da der Beton mit Expoxid imprägniert und fluoreszierender Farbstoff hinzugefügt wurde. Diese Probe weist eine relativ niedrige Porosität auf. Das Gemenge besteht aus Kalkstein, der granitisch sein kann, während das bräunliche Muster durch Zementleim entsteht. Die Bildhöhe beträgt 13,6 mm.

Eine polierte, dünne Schicht einer Gesteinsprobe des Chicxulub-Meteoriten in Mexiko, dessen Einschlag das Aussterben der Dinosaurier vor 65 Millionen Jahren ausgelöst haben soll. Das Gestein zeigt die Effekte hoher Belastungen und Temperaturschwankungen.

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Die Computertomografie (CT) wird bereits seit vielen Jahren als bildgebendes Verfahren und zu Diagnosezwecken in der Medizin eingesetzt. Ein weiterer Anwendungsbereich ist die Prüfung innen liegender Merkmale, wie beispielsweise unerwünschter Lunker in einer Gussform. Derzeit führen Prof. Jean-Pierre Kruth und sein Team an der Universität Leuven, der ältesten und größten Universität Belgiens, Forschungen durch, um den Einsatzbereich der CT auf dem Feld der dimensionalen Messtechnik zu erweitern. Mit der CT können Komponenten von außen – wie mit herkömmlichen berührenden Messtastern oder einem Laserscanner – untersucht werden. Mit derselben Konfiguration können jedoch auch innen liegende Geometrien gemessen werden.

Die belgische Universität Leuven (offizielle Bezeichnung „Katholieke Universiteit Leuven“ oder kurz „KU Leuven“) befindet sich ganz in der Nähe der europäischen Hauptniederlassung von Nikon Metrology. Die beiden Einrichtungen arbeiten eng zusammen, um die CT als Instrument für die Geometriemessung und die Qualitätskontrolle weiterzuentwickeln. Zwei Nikon Metrology CT-Geräte wurden vor kurzem in der KU Leuven aufgestellt, um der PMA-Abteilung von Prof. Kruth, der für die Bereiche Produktionstechnik, Maschinenbau und Automation zuständig ist, intensivere Forschungen zu ermöglichen.

Viele Komponenten und Zusammenbauten weisen interne Merkmale auf, die nur schwer zerstörungsfrei geprüft werden können. Demzufolge müssten diese bei der Prüfung mittels herkömmlicher Messtechnik zerlegt werden. Beispiele sind eine hohle innenhochdruckgeformte Nockenwelle, eine im 3D-Druck hergestellte Form mit konformer Kühlung oder ein spritzgussgeformter elektrischer Stecker mit Metalleinsätzen. Gegenwärtig setzt die PMA-Abteilung der Universität Leuven röntgen-computertomografische (CT) Geräte ein, um dreidimensionale Verfahren zur Messung der Innenstruktur dieser Bauteile zu erforschen.

Eine komplexe Fertigung macht die Prüfung innerer Strukturen zunehmend erforderlich

Die belgische Universität Leuven nutzt die CT-Messtechnik, um die geometrische Genauigkeit innen und außen liegender Merkmale von Industriebauteilen zu analysieren

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Die heutigen Fertigungsverfahren, wie beispielsweise Fünfachsen-Fräsen, generative Fertigung und Innenhochdruckformen (IHU oder auch „Hydroforming“ genannt), ermöglichen die Herstellung komplexer Produkte, die häufig auch besondere innen liegende Merkmale oder Kanäle aufweisen. Derartig komplexe Produkte bedeuteten eine Herausforderung für uns, da eine zerstörungsfreie Prüfung innen liegender Strukturen ohne Röntgentechnologie unmöglich ist.

Oft werden nur einmalige Prototypen oder Bauteile in kleinen Losgrößen gefertigt. Wenn man nur eine Komponente zerlegen würde, um sie im herkömmlichen Verfahren zu prüfen, würde dies prozentual gesehen einen unannehmbar hohen Ausschuss ergeben.

Die CT bietet eine Lösung, birgt aber auch ihre eigenen Probleme. Die Durchstrahlung dichter Metallteile erfordert eine hohe Stromstärke, bei der Röntgenstrahlen jedoch zu Streuung neigen.

Darüber hinaus ist die Grundkonstruktion der Standardmaschinen nicht für die für Präzisionsmessungen erforderliche Steifigkeit und Genauigkeit ausgelegt, da sie in der Regel für die Werkstoffprüfung eingesetzt werden. Tatsächlich müssen sich CT-Anwender allgemein der Problematik in puncto Genauigkeit und Wiederholbarkeit bewusst sein, die mit dem Einsatz der CT zu Messzwecken und für die Rückführbarkeit von Ergebnissen einhergehen", erläutert Prof. Kruth. Um die Möglichkeiten zu erforschen, die sich durch den Einsatz der CT in der Messtechnik ergeben, hat die KU Leuven zwei Partner zur Unterstützung hinzugezogen: Group T, eine in Leuven ansässige Schule für Maschinenbau, und das DeNayer Institut, das im Oktober 2013 mit der KU Leuven zusammengeschlossen wurde.

Drei Komponentengruppen waren Gegenstand der Untersuchungen – Erzeugnisse der generativen Fertigung, Präzisions- und Zusammenbauteile aus der herkömmlichen Fertigung

Das XT H 225-Modell, eines der CT-Röntgenprüfsysteme der PMA-Abteilung, umfasst eine 225 kV Mikrofokusröntgenröhre, lineare Wegmesssysteme, eine bessere Kühlung und weitere Verbesserungen, die für eine höhere Genauigkeit und bessere Einsatzfähigkeit in der messtechnischen CT sorgen. Bei dem zweiten System handelt es sich um ein XT H 450-Modell mit großer Kabine und Mikrofokusröntgenröhre. Es ist das leistungsfähigste in Belgien und den Niederlanden installierte CT-Gerät und bietet eine Röntgendurchdringung, die auch für die Prüfung dickerer Metallteile ausreicht. Eine 450 kV Mikrofokusröntgenröhre kann beispielsweise 35 mm starken Stahl oder 110 mm starkes Aluminium durchstrahlen.

Die Hercules Foundation in Brüssel, die von der flämischen Regierung zur finanziellen Förderung der wissenschaftlichen Forschung gegründet wurde, unterstützte die Universität beim Kauf der Systeme. Eine Voraussetzung für die Gewährung der Mittel war, dass die Ausrüstung auf ihrem Gebiet einzigartig sein und für die Forschung durch andere Unternehmen und Einrichtungen zur Verfügung stehen sollte.

herkömmliche fertigteile werden genauso gemessen wie im 3D-Druckverfahren hergestellte komponenten (slM-teile).„Unsere PMA-Abteilung ist bereits seit Langem in der Produktionsforschung tätig. Diese Entwicklung setzte bereits in den 1960er Jahren mit den Fräs, Bohr- und Schleifverfahren ein und erstreckt sich über das Funkenerodieren in den 70ern bis hin zur Einführung der generativen Fertigungs- (AM) und 3D-Druckverfahren (SLM) in den 90ern. Im Rahmen der Forschungen in der dimensionalen Messtechnik und Qualitätskontrolle für Werkstücke, die mit konventionellen Bearbeitungsverfahren hergestellt wurden, wurden Koordinatenmessgeräte (KMGs) mit berührenden Messtastern und Laserscanköpfen installiert.

“ Derartig komplexe Produkte bedeuteten eine Herausforderung für uns, da eine zerstörungsfreie Prüfung innen liegender Strukturen ohne Röntgentechnologie unmöglich ist.Prof. Jean-Pierre Kruth , Universität Leuven

Professor Jean-Pierre Kruth für die Fachrichtung Maschinenbau und Automation (PMA) der Fakultät für Maschinenbau der Katholieke Universiteit Leuven.

CT ist das ideale Werkzeug, um ein Servoventil mit komplizierten innen liegenden Kanälen zu untersuchen

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und hochkomplizierte Teile, die auch mit konventionellen Bearbeitungsverfahren hergestellt wurden, wie ein Servoventil, das in einem F16 Kampfjet und einer Ariane-Rakete eingesetzt wird.

Beispielsweise hat das Ventil mehrere hundert sich überschneidende Kanten, die auf Maßhaltigkeit zu prüfen sind. Außerdem sind dort, wo die Bohrungen aufeinandertreffen, die inneren Grate zu prüfen, eine Aufgabe, die nur schwer ohne Zerstörung des Teils gelingen würde. Ganz offensichtlich ist  eine hundertprozentige Inspektion, wie sie für viele dieser sicherheitskritischen Teile erforderlich ist, ohne eine Form der zerstörungsfreien Prüfung ein unmögliches Unterfangen.

Die Ct-Messgenauigkeit macht der konventionellen Messtechnik den rang streitigDie ersten Ergebnisse bei der Messung derartiger Bauteile unter Verwendung der Röntgen-Computertomografie erzielt wurden, haben sich als sehr vielversprechend erwiesen, berichtet Prof. Kruth. Die im PMA-Labor ausgeführten Forschungen belegen, dass unter Verwendung des Nikon Metrology CT-Systems – bei einigen Metallteilen und je nach Anwendung – sowohl für die Innen- als auch die Außenabmessungen des untersuchten Teils eine Messunsicherheit (maximal zulässige Abweichung) erreicht werden kann, die weniger als 10 Mikrometer beträgt. Die Genauigkeit dieses Systems ist der eines typischen Koordinatenmessgeräts somit nahezu ebenbürtig. Eines der im Labor installierten KMGs weist beispielsweise eine Messunsicherheit von 5 Mikrometern plus 5 Mikrometern pro Bauteillänge in Metern auf.

Um dieses Genauigkeitsniveau beim CT-Scannen zu erreichen, hat das PMA-Team die beiden Nikon Metrology Geräte in einer temperaturkontrollierten Umgebung aufgestellt. Jedes Gerät verfügt über ein eigenes Kühlsystem, das die Temperaturstabilität gewährleistet.

ArbeitsprinzipBei der Inbetriebnahme werden Röntgenstrahlen von einer Röntgenquelle erzeugt, die Elektronen auf ein Target projiziert. Wenn die Röntgenstrahlen das Werkstück durchdringen, werden diese aufgrund von Faktoren wie Absorption und Streuung abgeschwächt. Der Grad, um den die Röntgenstrahlen gedämpft werden, wird anhand der Strecke, die im Material zurückgelegt wird, seiner Zusammensetzung und Dichte (des Schwächungskoeffizienten) sowie anhand des Energiepegels (keV) der Röntgenstrahlen ermittelt. Nachdem sie das Werkstück durchdrungen haben, werden die abgeschwächten Röntgenstrahlen normalerweise von einem Flachdetektor erfasst und ein 2D-Graustufenbild entsteht. Solche 2D-Bilder werden aus vielen Drehwinkeln des Werkstücks aufgenommen.

Aus der Rekonstruktion einer Industriekomponente auf Basis projizierter Schnittbilder resultiert ein Voxelmodell (ein Voxel ist die dreidimensionale Entsprechung eines Pixels). An den Grauwerten der Voxel lässt sich dann der lineare Schwächungskoeffizient des Materials messen. Zur Identifizierung der Kanten und Merkmale des Werkstücks, Durchführung dimensionaler Messungen und Qualitätskontrolle werden die Voxeldaten mit Algorithmen nachbearbeitetet.

Das im Labor der PMA-Abteilung installierte XT H 450 System wartet neben dem herkömmlichen 2D-Flachdetektor außerdem mit einem gekrümmten 1D-Lineardetektor auf. Bei Verwendung eines Lineardetektors muss das Werkstück entlang der Rotationsachse bewegt werden, damit nacheinander Querschnitte des Objekts vermessen werden können, vergleichbar mit dem Verfahren bei medizinischen CT-Scannern. In der Regel ermöglicht der Lineardetektor eine höhere Leistung (höhere Spannung, Stromstärke oder Belichtungszeit und somit tiefere Materialdurchdringung) und ist weniger empfindlich für Streustrahlung.

Die CT ermöglicht die Betrachtung eines Objekts in Schnittbildern für die Analyse des inneren Aufbaus.

Der Curved Linear Array-Diodendetektor (CLDA) sorgt für eine optimale Erfassung der Röntgenstrahlen und verhindert, dass die Streustrahlung aufgenommen wird, die in der Regel die Verzerrung der 2D-Röntgenbilder von Turbinenschaufeln und sonstigen Metallteilen verursacht.

Die XT H 450 Mikrofokusröntgenröhre eignet sich für das Scannen kleiner Gussformen, um Einblick in die Innenstruktur des Teils zu gewinnen.

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Derzeit werden in der PMA-Abteilung Forschungen durchgeführt, um festzustellen, ob der Lineardetektor nicht besser für die genaue Messung großvolumiger, dichter Komponenten geeignet ist als der Flachdetektor.

technische herausforderungenVerschiedene Probleme werden von Prof. Kruth und seinem Team erforscht, wie beispielsweise Optimierung der Beleuchtungswerte beim Röntgen und Anpassung der Grauwert-Grenzwertbildung für rückführbare dimensionale Messungen, Verringerung der Brennfleckgröße, um eine höhere Genauigkeit zu erreichen, sowie Erhöhung der Röntgenleistung, um eine bessere Durchdringung bei großen Metallteilen zu erzielen.

Ein weiterer Forschungsgegenstand ist die Strahlaufhärtung, ein allgemeines Problem bei polychromatischen CT-Röntgenquellen, das dazu führt, das niederenergetischere Photonen leichter vom Material des Werkstücks absorbiert werden. Diese führt zu einer chromatischen Aberration und Verformung des Bildes, vor allem an den Kanten, und dazu, dass ein falscher Grauwert ermittelt wird. Dieser lässt den Eindruck entstehen, dass die Oberfläche der Komponente aus einem anderen Material besteht als der Kern. Damit kann auch eine fehlerhafte Kantenerkennung einhergehen. Die Strahlaufhärtung ist bei der Untersuchung von Materialverbindungen unerwünscht und wird mithilfe von Strahlenfiltern und Software korrigiert. Bei messtechnischen Anwendungen kann der Strahlaufhärtungseffekt jedoch hilfreich sein, um die Kantendefinition zu verbessern, da sich so die äußeren Abmessungen eines Werkstücks präziser vermessen lassen.

ZusammenarbeitDie enge Zusammenarbeit zwischen der KU Leuven und Nikon Metrology, die sich aus einer früheren Ausgliederung einer Einrichtung der Universität zur kommerziellen Nutzung ihrer Arbeit ergeben hat, wurde unlängst gefeiert: Die Einweihung der in der PMA-Abteilung installierten CT-Systeme erfolgte durch Herrn Kenji Yoshikawa, CEO von Nikon Metrology, persönlich. Weitere Unternehmensgründungen der Universität, wie LayerWise, die auf generative Schmelzverfahren von Metallen spezialisiert sind, und Materialise, ein international führendes Unternehmen in den Bereichen Rapid Protoyping und 3D-Druck, erforschen derzeit in Zusammenarbeit mit der Universität,

“ Oft werden nur einmalige Prototypen oder Bauteile in kleinen Losgrößen gefertigt. Wenn man nur eine Komponte zerlegen würde, um sie im herkömmlichen Verfahren zu prüfen, würde dies prozentual gesehen einen unannehmbar hohen Ausschuss ergeben.

wie die messtechnische CT für die Analyse komplexer Bauteile aus der generativen Fertigung eingesetzt werden kann. Es sagt alles, dass Prof. Kruth Gründungsmitglied aller drei Unternehmensvorstände ist.

Dies sind nur einige wenige Beispiele für die gemeinschaftliche Zusammenarbeit, die die PMA-Abteilung mit vielen Unternehmen und internationalen akademischen Einrichtungen, vor allem in Europa, aber auch in den USA und Japan, eingegangen ist. Die Forschungsaktivitäten werden in hohem Maße von der Industrie vorangetrieben und sind daher praktisch orientiert.

An einer jüngsten europaweiten Kooperation im Bereich der CT-Messtechnik waren 15 Unternehmen und Labore beteiligt, welche die gleichen Objekte vermessen und ihre Ergebnisse verglichen ha-ben. Ziel dieses Austauschs von Kenntnissen und Best Practice-Ver-fahren in der Messtechnik war, die Genauigkeit und Rückführbarkeit von Messungen zu optimieren.

Eine weitere europäische Kooperation wurde gerade mit finanzieller Unterstützung des Marie Curie Programms der Europäischen Union gestartet. Die KU Leuven hat sich Nikon Metrology, dem metrologischen Staatsinstitut NPL (National Physical Laboratory) in Großbritannien, der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt, Materialise und einigen anderen Unternehmen und Universitäten angeschlossen, um Ingenieure und Forscher im Bereich der messtechnischen CT auszubilden.

Kenji Yoshikawa, CEO von Nikon Metrology, weiht die CT-Systeme in der PMA-Abteilung der KU Leuven ein.

Ein Referenzobjekt wird zu Testzwecken eingesetzt, um die dimensionale Genauigkeit der messtechnischen CT zu überprüfen.

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AlterAKoordinatenmessgeräte

10 Jahre garantie auf die ursprüngliche genauigkeitsspezifikationSeit 50 Jahren steht die Marke LK der Nikon Metrology KMGs für hohe Qualität und beständige Leistung. In der ALTERA Serie verbindet sich diese Erfahrung mit den neuesten Technologien. Sie stellt damit eine neue Generation modernster KMGs dar, die außergewöhnliche Flexibilität und dauerhafte Leistungsfähigkeit in jeder Fertigungsumgebung bieten. Die tragenden Komponenten der KMG-Brückenkonstruktion sind in Keramik ausgeführt. Dieses Material bietet in einzigartiger Weise drei entscheidende Vorteile, wenn es um extrem schnelle Messungen und konstante Messgenauigkeit geht: ein geradezu optimales Verhältnis zwischen Steifigkeit und Gewicht, eine höhere Temperaturbeständigkeit und langfristige maßliche Stabilität. Aufgrund der Keramikbauweise des ALTERA KMG-Rahmens ist Nikon Metrology der einzige Hersteller, der eine Garantie von zehn Jahren auf die ursprüngliche Genauigkeitsspezifikation seiner KMGs gewähren kann.

Herausragende Leistung,jetzt und auch in Zukunft…

Die neue Baureihe der Nikon ALTERA Koordinatenmessgeräte (KMG) in Por-talbauweise wurde entwickelt, um unterschiedlichsten Fertigungsanfor-derungen gerecht zu werden, sowohl heute als auch in Zukunft. Gesteigerte Produktivität, modernste Messtech-nik und größere Vielseitigkeit sind die Markenzeichen dieser neuen Generati-on von KMGs der Premiumklasse.

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ALTERA 8.7.6 mit LC15Dx Scanner

Messaufgaben wurden durch die Möglichkeit der schnellen Aufnahme und Protokollierung von Einzelpunkten direkt vor Ort optimiert. Eine intelligente Planung der Tasterbahn in Verbindung mit einer Werkstück- und Tastersimulation in Echtzeit sowie die clevere Messtasterauswahl mit Kollisionsvermeidung machen schwierigste Prüfaufgaben mit nur wenigen Mausklicks deutlich einfacher.

Multisensor-kMg für die beste kombination aus Produktivität und Vielseitigkeit

Die ALTERA ULTIMATE Serie der neuesten multisensorfähigen KMGs bieten die beste Kombination aus Produktivität und Vielseitigkeit auf dem Markt. Da die KMGs der ALTERA ULTIMATE Serie sowohl für taktile als auch scannende Messsysteme geeignet sind, können die Anwender ganz nach Bedarf die Vorteile beider Messtechniken nutzen. Das Scannen bietet umfassendere und detailgetreuere Einblicke, maßliche Abweichungen werden grafisch und einfach verständlich dargestellt. Gleichzeitig ist der KMG-Messdurchsatz deutlich höher. Um die Vielseitigkeit dieser KMGs voll auszuschöpfen, können sie jederzeit mit berührungslosen Nikon Metrology Laserscannern, ohne weitere Verkabelung oder Steuerungen, bestückt werden. Das Laserscannen erweitert den Einsatzbereich der KMGs auf neue Werkstücke, Werkstoffe und Geometrien und trägt gleichzeitig zu einer weiteren Produktivitätssteigerung bei. Bei KMGs der ALTERA ULTIMATE Serie gehört die Software CAMIO zum Lieferumfang. CAMIO ist ein umfassendes KMG Softwarepaket mit erweiterter Multisensorfähigkeit für taktile und scannende Messtaster und Laserscanner. Prüfprogramme und Berichte können sowohl online als auch offline für verschiedenste allgemeine und spezielle Anwendungen unter Verwendung gängiger CAD-Formate erstellt werden. Prüfprogramme können von einem KMG und Sensortechnologie auf ein anderes umgestellt werden, wenn eine Anpassung an eine vorhandene Technologie oder – bei sich ändernden Anforderungen – eine flexible Lösung für mehrere Installationen oder eine zentralisierte Programmierung gewünscht wird.

ALTERA KMGs sind in sieben Größen kleiner bis mittlerer Größenordnung und mit Messbereichen von 7.5.5 bis 20.10.8 erhältlich.

Das richtige kMg für jede AufgabeDurch die enge Zusammenarbeit mit zahlreichen Kunden, die über einen großen Erfahrungsschatz verfügen, ist es Nikon Metrology mit der ALTERA gelungen, ein KMG zu entwickeln, das exakt auf die heutigen Kundenanforderungen abgestimmt und außerdem zukunftssicher ist. Die Altera ist Nikons Antwort auf den Trend, Koordinatenmessgeräte zunehmend in der Produktionstechnik einzusetzen. Ausgestattet mit einer passiven Schwingungsdämpfung und vollständig gekapselten Abdeckungen zum Schutz der Führungen vor Verunreinigung und zufälliger Beschädigung ist die ALTERA Serie bestens gerüstet für den Einsatz in der Fertigung. Für eine beständige Messleistung in raueren Umgebungen ist eine Temperaturkompensation erhältlich, die vom Werkstück und KMG bis hin zur Tastkugel alles abdeckt.

ALTERA KMGs werden in drei verschiedenen Messtasterkonfigurationen angeboten: ESSENTIAL Serie, OPTIMUM Serie und ULTIMATE Serie. Jede Konfiguration bietet eine andere Auswahl beliebter Funktionen für ein breites Spektrum an Messanwendungen sowie zusätzliche Optionen für den kundenspezifischen Bedarf.

Die ALTERA ESSENTIAL KMG-Serie mit schaltendem Messsystem der Premiumklasse wird mit verschiedenen motorisierten und manuellen Tastköpfen und Zubehör, einschließlich automatischem Tastereinsatzwechsel, angeboten. Sie stellt eine effiziente Lösung für verschiedenste Mess- und Prüfanwendungen allgemeiner Art dar.

Die ALTERA OPTIMUM KMG-Serie der 5-Achsen KMGs ist mit dem schaltenden Tastkopf PH20 mit unbegrenzten Positioniermöglichkeiten erhältlich. Diese Serie wurde im Hinblick auf vier wesentliche Bedingungen für die Messung von komplexen innen liegenden Geometrien optimiert: Produktivität, Zugänglichkeit für den Messtaster, Genauigkeit und beste Ausnutzung des KMG-Volumens.

Für ALTERA KMGs stehen zwei Softwareprogramme zur Wahl: CMM-MANAGER und CAMIO. CMM-MANAGER ist eine bedienerfreundliche, aufgabenorientierte Software für KMGs mit schaltendem Messsystem. Sie wurde eigens entwickelt, jeden Schritt der Programmierung und Berichterstellung so einfach wie möglich zu machen. Die täglichen

Hochstabile Keramikkonstruktion der Portal- und Pinolenkomponenten sowie geschlossener Edelstahl-Antriebsriemen und hochauflösende optische 0,05 µm Linearmaßstäbe für dauerhafte Genauigkeit

Tisch mit Schwalbenschwanzführung und einzigartigen vorgespannten, umlaufenden Luftlagern mit Mehrkanal-Einzeldüsen für reibungslose, kontrollierte Bewegungen mit sehr hoher Geschwindigkeit.

News I Ausgabe 8

OPTIMUMSerie

ESSENTIALSerie

ULTIMATESerie

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CAMio8Verbesserter Überblick und höhere Produktivität

intuitive Multisensor-ProgrammierungSowohl für taktile Messanwendungen als auch für das Laserscannen bietet CAMIO eine funktionsreiche Programmierumgebung mit intuitiven Softwaretools. Über verständliche Icons lässt sich das Prüfprogramm einfach im Programmeditor verfolgen. Ein einfacher Klick auf das CAD-Modell genügt, um einen Messablauf zu starten. Auf Basis des ausgewählten Merkmals und Sensors kann der Anwender automatisch die optimale Messstrategie auswählen. Für die Messung komplexer Oberfläche erzeugt CAMIO automatisch Scanpfade, die der Laserscanner schnell und reibungslos ausführt und die präzise der Werkstückoberfläche folgen.

Für die Offline-Programmprüfung und Kollisionsüberwachung kann das KMG vollständig simuliert werden. Kollisionsrisiken werden aufgezeigt und korrigiert, bevor das erste Werkstück gemessen wird. Teure KMG-Stillstandszeiten für das Testen neuer Prüfprogramme werden so vermieden.

CAMIO zeichnet sich durch eine echte Multisensorfähigkeit aus, die für jede Aufgabe die jeweils beste Sensortechnologie wählt. Da schaltende Tastsysteme, analoges Scannen und das 3D-Laserscannen in nur einem Prüfprogramm kombiniert werden können, erhalten Sie auf dem schnellsten Weg die richtigen Messergebnisse. Die Multisensorlösungen von Nikon Metrology bieten Herstellern größere Flexibilität beim Messen und einen besseren Überblick in die Produktkonformität. Gleichzeitig steigern sie den Messdurchsatz eines KMGs.

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Wird ein Laserscanner in einem KMG eingesetzt, das auf einem taktilen Messsystem basiert, werden die Befehle des vorhandenen DMIS-Programms für das taktile Messsystem einfach in Laserscan-Befehle umgewandelt. Durch die Verwendung bereits vorhandener Teileprogramme spart der Anwender nicht nur die Implementierungskosten für das Laserscannen, sondern kann seine Prüfvorhaben direkt mit dem Laserscanner starten. Mit CAMio schneller fundierte entscheidungen treffenStandardvorlagen für Berichte ermöglichen eine schnelle, unkomplizierte Berichterstellung, während zahlreiche implementierte Softwarefunktionen die Flexibilität bieten, maßgeschneiderte Vorlagen zu erstellen. Tabellen, Grafikberichte und Formskizzen können nun in einem übersichtlichen Bericht kombiniert werden. Gängige Microsoft- und Adobe-Dateiformate ermöglichen die praktische Weitergabe an Kunden und Kollegen. Die Ergebnisse taktiler und laserscannender Messungen können in einem Bericht kombiniert werden.Das neue CAMIO Modul für die Analyse von Punktewolken bietet eine Auswahl verschiedenster Prüffunktionen, wie u. a. intelligente Merkmalsextrahierung mit Form- und Lagetoleranzen, Profilanalyse und komplette Prüfung des Teils gegen CAD. CAMIO wurde für die Verarbeitung großer Punktewolken optimiert und ist daher die ideale Software für die Inspektion von Blechteilen oder Karosserieaufbauten.

Prüfprogramme können offline erstellt und rundum getestet werden.

schutz ihrer investitionAufgrund der Tatsache, dass CAMIO auf der standardisierten Messsprache DMIS, dem Industriestandard für KMG-Prüfprogramme, aufbaut, kann der Kunde sicher sein, dass sich seine Investition in das Prüfprogramm auch auf lange Sicht auszahlt.CAMIO hat sich in schwierigsten Anwendungsumgebungen bewährt und ist daher die Software der Wahl für viele der größten Hersteller weltweit. Unter Ausnutzung der Produktivitätsvorteile von CAMIO können sich Hersteller darauf konzentrieren, Durchlaufzeiten zu beschleunigen, die Produktqualität zu erhöhen und dabei gleichzeitig Kosten zu reduzieren. CAMIOs Einsatzfähigkeit mit verschiedensten KMG-Plattformen, Sensortechnologien und Fertigungsstandorten ist ein einzigartiger Vorteil, der die Langlebigkeit Ihrer Investition in Software und Prüfprogramme auf lange Sicht gewährleistet.

In den interaktiven CAMIO Berichten kann die Teil-gegen-CAD-Prüfung mit Merkmalsanalysen kombiniert werden.

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PMS Diecasting, die allgemein als eine der am besten ausgestatteten, führenden Zinkdruckgießereien in Europa angesehen ist, zählt viele hochkarätige Unternehmen zu ihren Kunden, wie unter anderem Loadhog, einen Spezialisten für Verpackungssysteme, Avocet, einen Anbieter von Tür- und Fensterzubehör, und Gripple, einen Hersteller von Drahtverbindern und -spannern, für den PMS 36 Millionen Gussformen jährlich anfertigt.

Die Druckgießerei ist stolz darauf, stets die allerbeste Technologie zu verwenden, einschließlich Robotereinsatz, wo immer dies möglich ist, um Abläufe zu rationalisieren und sie effizienter und kostengünstiger zu gestalten. Automatische Teiletrennung, hundertprozentige Qualitätskontrolle und Management-Kontrollsysteme sichern eine beständige Qualität.

Gordon Panter, Geschäftsführer des Unternehmens, das zu 100  % in Mitarbeiterbesitz ist, erklärt: „Um die Bildung von Zinkgraten an den Trennfugen einer Form zu vermeiden, wenn diese geschlossen wird, setzen wir ±10 Mikrometer als maximal zulässige Toleranz für die Bearbeitung der beiden Formhälften an.

Unser optischer Profilprojektor und unser Messmikroskop weisen nicht die benötigte Auflösung für Messungen auf diesem Genauigkeitsniveau auf, das Nikon-System jedoch schon.

Wir haben sowohl Laserscanner- als auch Weißlichtscanner-Systeme in Erwägung gezogen, uns aber dann für den Nikon Metrology LC15Dx entschieden, da er als einziges System in der Lage war, Werkzeugformen in der von uns gewünschten Genauigkeit zu messen.“

Bei PMS Diecasting in Rotherham, Großbritannien, werden die Produkte von einem berührungslosen 3D-Laserscanner bis auf eine Genauigkeit von 2,5 Mikrometern geprüft. Dies entspricht der Präzision eines tastenden Messsystems. Diese Genauigkeit wurde durch den Einsatz eines LC15Dx Laserscanners an einem LK Brücken-KMG in Keramikbauweise erzielt. Diese Kombination hat sich als die Lösung für PMS' Problem herausgestellt, Produkte schneller auf den Markt bringen zu müssen und dabei gleichzeitig die Entwicklungskosten zu senken.

Führende Zinkdruckgießerei nutzt die Laserscantechnik, um die Genauigkeit zu steigern

Laserscannen eröffnet Druckgießerei neue Geschäftsfelder

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liegen. Lunker, Kerne, Gleitlager, Elektroden, Auswerferplatten und andere Elemente werden nach ihrer Bearbeitung einzeln geprüft. Das Gleiche gilt für die Spannvorrichtungen, mit denen die Komponenten während der Herstellung fixiert werden. Mit diesem Ansatz werden mögliche Fehlerquellen während der Werkzeugherstellung vermieden.

Wie Herr Panter bemerkt, nimmt man normalerweise an, dass eine moderne CNC-Werkzeugmaschine korrekte Ergebnisse liefert. Dies sei aber häufig nicht der Fall.

„Bei dem Nikon-System wissen wir definitiv, dass jedes Teil innerhalb der Toleranz ist. Unsere Werkzeuge sind daher immer punktgenau und auf Anhieb fehlerfrei. Damit sichern sie die Präzision und Qualität unserer Produkte und der Produkte der Kunden, die unsere Werkzeuge verwenden.”

kombinierter einsatz von laserscantechnik und berührendem MesssystemDas 3D-Scannen ist bei PMS heute das Standardprüfverfahren für Freiformteile und Standardmerkmale, während Kerne und andere tiefliegende Merkmale mit einem berührenden Messtaster gemessen werden. Dieser wird außerdem eingesetzt, um die Komponenten vor der Messung auf dem Granittisch auszurichten. An dem motorischen Renishaw Dreh-/Schwenkkopf PH10M wird entweder der Laserscanner oder der Messtaster angebracht. Dies bedeutet maximale Flexibilität bei der Programmierung von Messzyklen mit der multisensorfähigen Softwareplattform Camio von Nikon Metrology. Die Software unterstützt je nach Bedarf das Scannen mit dem Laser als auch mit dem berührenden Messsystem. Zudem bietet sie äußerst produktive Funktionen für die Berichterstellung: ideal für Abnahmen mit Erstmusterprüfberichte im Automobilsektor.

Die Nikon Metrology Software Focus, mit der Punktewolken während des Laserscans erfasst werden können, ermöglicht den Vergleich der Messdaten mit dem ursprünglichen CAD-Modell des Kunden. Eine Analyse der Farbabweichungen veranschaulicht,

Die Messgenauigkeit wird um einige größenordnungen gesteigertDas System ist mühelos in der Lage, die erforderlichen Toleranzen von ±20 Mikrometern an Gussteilen zu prüfen. Ebenso kann es Merkmale bis zur Hälfte dieses Toleranzwertes an den Werkzeugen prüfen, mit denen diese gefertigt werden. Freiformflächen sowie Geometrien können auf demselben hohen Genauigkeitsniveau, das die frühere Messleistung bei PMS um das Zehnfache übertrifft, gemessen werden. Dadurch verkürzt sich nun die Markteinführungszeit für neue Produkte und auch die Entwicklungskosten sind niedriger.

Herr Panter fährt fort: „Aufgrund unserer verbesserten Messfähigkeit sind wir in Bezug auf die Werkzeuge, die wir bei externen Lieferanten eingekauft haben, zunehmend kritischer geworden. Wir haben daher beschlossen, unsere Werkzeuge selbst herzustellen, um deren Genauigkeit besser kontrollieren zu können.

Dies führte 2012 zur Gründung unserer Tochtergesellschaft GoTools, die nicht nur Druckgusswerkzeuge für PMS fertigt, sondern uns auch in die Lage versetzt, Spritzgussformen, Gesenkformen und Stanzwerkzeuge für andere Unternehmen zuverlässig zu konstruieren und herzustellen.“

kundennachfrage treibt innovative Prüfverfahren voranEiner der Gründe für PMS' Investitionen in die neue Messtechnik war das stetig wachsende Auftragsvolumen aus dem Automobilsektor, einschließlich Jaguar Land Rover, das höhere Ansprüche an die Genauigkeit und Wiederholbarkeit stellte als in der Vergangenheit. Die Druckgießerei beabsichtigt außerdem, Fuß in der Medizintechnik zu fassen, die ebenfalls absolute Präzisionsteile verlangt.

Hochwertige Werkzeuge sind entscheidend für eine erfolgreiche Druckgießerei. Mit dem Laserscanner kann der Werkzeugbau in jeder Herstellungsphase überwacht werden. Damit wird sichergestellt, dass die Formen, und somit auch die Gussteile, innerhalb der Toleranz

Nikon LC15Dx beim Scannen einer Antriebswelle aus Zinkdruckguss

“ Wir haben sowohl Laserscanner- als auch Weißlichtscanner-Systeme in Erwägung gezogen, uns aber dann für den Nikon Metrology LC15Dx entschieden, da er als einziges System in der Lage war, Werkzeugformen in der von uns gewünschten Genauigkeit zu messen.“Gordon Panter, Geschäftsführer von PMS Diecasting

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inwiefern sich das gescannte 3D-Modell von den Solldaten der CAD-Datei unterscheidet. Dadurch gewinnt man genauen Einblick in die Form und einzelne Merkmale, da im Vergleich zu berührenden Messsystemen weitaus mehr Datenpunkte zur Verfügung stehen. Die Maßstäbe der farbkodierten Grafiken können angepasst werden, um beispielsweise Fertigungstoleranzen wiederzugeben, und Abweichungen vom Sollwert in ausgewählten Bereichen können durch Anmerkungen kommentiert werden.

Wenn zwei oder mehr Produkte gescannt werden, beispielsweise zur Überwachung des Verschleißes, können mehrere Objekte miteinander verglichen und die Unterschiede zwischen ihnen kenntlich gemacht werden. Maße, die aus Teilabschnitten des Scanmodells extrahiert wurden, können mit den entsprechenden Abschnitten auf der ursprünglichen 2D-Zeichnung in Beziehung gesetzt werden, um direkt einen Erstmusterprüfbericht zu erstellen.

laserscannen eröffnet neue MöglichkeitenDas 3D-Laserscannen hat bei PMS Diecasting ein weiteres Geschäftsfeld erschlossen: Reverse Engineering-Leistungen für Unternehmen vor Ort. Für Spritzgießereien, denen keine digitalen Daten, sondern nur physische Teile, als Arbeitsgrundlage zur Verfügung standen, hat PMS Diecasting bereits präzise CAD-Dateien erstellt, die eine detailgetreue Reproduktion der Bauteile ermöglichen. Herr Panter war überrascht, wie viele Anfragen sie erhielten, nachdem er diese Dienstleistung auf der PMS Webseite bekanntgegeben hatte. Daraufhin wurde beschlossen, die neue Geschäftssparte „Reverse Engineering“ zu eröffnen und dieses Geschäft auszubauen.

Mehrere Formen, aus denen der neue PMS-Geschäftsbereich GoTools ein Werkzeug für die Fertigung herstellt.

Eine Hälfte einer Druckgussform, die auf dem LK V 8.7.6 KMG (Messbereich 800 x 700 x 600 mm) gescannt wird.

Auf dem rechten Bildschirm ein Teil-gegen-CAD-Vergleich mit Focus Inspection und auf dem linken das CAD-Modell. Bei diesem Bauteil handelt es sich um ein Gripple D4 Druckgussgehäuse.

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Genaueste Vermessungen mit extrem schneller Bildverarbeitungstechnik für hochentwickelte Produkte aus der Massenproduktion (wie beispielsweise Smartphones, Tablets, Uhren) sind nun unabdingbarer Standard in der Messtechnik. Die NEXIV Systeme der nächsten Generation ermöglichen schnelle und präzise Messungen, eine herausragende Kantenerkennung und bieten fortgeschrittene Bedienungsfunktionen für die Maß- und Formenkontrolle von mechanischen Bauteilen und mehrschichtigen Elektronikbauteilen.

flexibilität beim MessenDie neue 8-segmentige Ringbeleuchtung wartet mit einer erweiterten Kantenerkennungsfunktion auf. Gleichzeitig wurde die Fähigkeit des Systems, transparente Bauteile messen zu können, durch den optimierten TTL (Through The Lens) Laser-Autofokus verbessert.

größere bedienerfreundlichkeitDie überarbeitete Bedienoberfläche der NEXIV Software verfügt über ein Hauptfenster als Zentrale, von der aus Sie Teach-Dateien erstellen oder ausführen, Ergebnisse überprüfen oder verschiedene Kalibrierungen durchführen können. Verschiedene Assistenten unterstützen Sie bei der schnellen Erstellung von Teach-Dateien.

Unter Einsatz der optischen Messtechnik und hochentwickelten Bildverarbeitung messen CNC Videomesssysteme automatisch Abmessungen und Formen von elektronischen Bauteilen mit präziser Kantenerkennung. Es sind drei Modellvarianten mit Plattformen unterschiedlicher Größe erhältlich. Das VMZ-R3020 eignet sich für die Messung kleiner mechanischer und elektrischer Teile. Das VMZ-R4540 wurde speziell für die Messung mittelgroßer Komponenten, einschließlich 300 mm Wafern und Sondenkarten, entwickelt. Das NEXIV VMZ-R6555, das mit einem großen 65 x 55 cm Messtisch aufwartet, ermöglicht die schnelle Messung von größeren gedruckten Schaltungen, Metallstanz- oder Formteilen. Das System eignet sich außerdem für die automatische Messung von Kleinteil-Chargen und kann somit den Messzyklus insgesamt beschleunigen.

äußerst präzise und schnelle MessungenDas im Hause Nikon entwickelte Wegmesssystem ermöglicht eine höhere Genauigkeit beim Messen. Darüber hat sich die Messzeit insgesamt durch Verbesserungen an der Bildübertragungstechnik und Änderungen an der Beleuchtungsquelle verkürzt.

Niedriger Neigungswinkel/langer Messabstand

37° Messabstand: 50 mm 55° Messabstand: 36 mm 78° Messabstand: 10mm

Hoher Neigungswinkel/kurzer Messabstand

Neue 8-segmentige Ringbeleuchtung mit drei Neigungswinkeln für eine optimale Beleuchtung

VMZ-R Serie CNC VideomesssystemeProfitieren Sie von den neuesten Fortschritten der NEXIV Technologie

VMZ-R3020 VMZ-R6555

VMZ-R4540

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weltweit führende unterstützung der onkologieEin gutes Beispiel für marktführende Werkstoffforschung ist die Arbeit an aufregenden neuen Technologien, wie beispielsweise dem Keramikspritzguss Dank seiner komplexen Formbarkeit konnte Morgan handelsübliche, hochpräzise Keramikspitzen für die Zerstörung von Tumorgewebe mittels Mikrowellenablation herstellen. Ihre mikroskopisch kleine Bauweise hat zu einem signifikanten Rückgang der Patiententraumata nach einer Operation beigetragen.

Die extrem feine Struktur des Materials vereint hohe Festigkeit und Stabilität in sich – entscheidende Kriterien für diese anspruchsvolle Anwendung. Aufgrund der kleinen Korngröße des Materials kann seine Mikrostruktur nicht mit dem 50x Standardmikroskop des Unternehmens untersucht werden. Daher ist der Einsatz des REM gefordert.

„Das JCM-6000 spielte für unsere Wissenschaftler eine wichtige Rolle bei der Entwicklung eines hochentwickelten Werkstoffes, der die Vorgaben dieses Kundens aus der Medizintechnik erfüllen konnte.

Scannendes Elektronenmikroskop unterstützt Keramikentwicklung der nächsten Generation

Das JCM-6000 NeoScope, ein Tisch-Rasterelektronenmikroskop (REM) aus dem Hause Nikon Metrology, wurde vor kurzem im Innovationszentrum von Morgan Advanced Materials in Großbritannien eingesetzt. Diese weltweit führende Einrichtung vereint auf sich modernste technische Analysegeräte und Expertise in der Forschung und Entwicklung, um den technischen Herausforderungen der Unternehmenskunden gerecht zu werden.

Morgan prüft hochentwickelte Keramikkomponenten, die von der Krebstherapie bis hin zur Pumpentechnologie unterschiedlichsten Anwendungen gerecht werden

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analysieren zu können, ohne die Oberfläche mit einer leitfähigen Beschichtung versehen zu müssen. Dies ist bei den meisten handelsüblichen REMs anders. Daher können zerstörungsfreie Prüfungen an Keramikteilen in kürzester Zeit ausgeführt werden.

Darüber hinaus ist die Schärfentiefe an einem REM weitaus größer als an den meisten optischen Geräten. Die Analyse von Flächen und auch von erhöhten Merkmalen oder Hohlräumen an den Prüflingen ist dadurch einfacher, sodass Morgan große Datenmengen sammeln kann.

entwicklung von reibwerkstoffen für PumpenMorgans Werk Stourport ist außerdem ein wichtiger Anbieter von Präzisionsteilen, die an marktführende Pumpenhersteller geliefert werden. Unlängst wurde ein neuer Reibwerkstoff für verschleißfeste Pumpendichtungen zur Anwendung in der anspruchsvollen Industrieumgebung und für die petrochemische Industrie entwickelt. Der Werkstoff besteht aus einem Verbundstoff, der es den Werkstoffwissenschaftlern von Morgan ermöglichte, die Reibfähigkeit für den Einsatz in harten Umgebungsbedingungen anzupassen.

Das JCM-6000 hat mit seiner energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDS) eine wichtige Rolle bei der Entwicklung dieses Werkstoffs gespielt. Es ermöglichte dem Unternehmen die Gestaltung seiner elementaren Zusammensetzung und Verbundstruktur nach den eigenen Wünschen. Dabei erwiesen sich die Funktionen des REM – Abbildung von Rückstreuelektronen sowie Elementanalyse mit vollspektralem Mapping – als vorteilhaft. Dr. Clipsham fährt fort: „Die

Früher, als die optische Mikroskopie unsere Anforderungen an die Qualitätsprüfung nicht rundum erfüllen konnte, haben wir Dritte mit der Durchführung von REM Analysen beauftragt. In den letzten Jahren ist der Bedarf nach derartigen Analysen zunehmend gestiegen. Für die Fortführung unseres Geschäfts war es daher wichtig, diese Möglichkeit im eigenen Hause zu schaffen.

Das bei uns installierte REM Tischsystem von Nikon Metrology ermöglicht uns eine bessere Kontrolle über unsere Ausrüstung und Analyseergebnisse. Unsere Werkstoffwissenschaftler, die in hohem Maße mit den bei uns verwendeten Materialien vertraut sind, können die Analysen besser optimieren und auf unsere Anforderungen abstimmen, als Mikroskopiker anderer Unternehmen, die diese Analysen in Auftragsarbeit ausführen.

Die REM Analyse im eigenen Hause bedeutet somit eine Zeitersparnis. Früher musste eine vorläufige Analyse zuweilen extern durchgeführt und dann unserem technischen Team zur Beurteilung vorgelegt werden, bevor überhaupt eine vollständige Detailanalyse der Proben erfolgen konnte”, erklärt Dr. Tim Clipsham, Technischer Leiter bei Morgan Advanced Materials.

Eine direkte Konsequenz daraus war die Optimierung des technischen Supports, den die Werkstoffwissenschaftler und Ingenieure von Morgan Produktionsbeauftragten und Kunden bieten.

Im Vergleich zu herkömmlicheren Rasterelektronenmikroskopen oder sogar optischen Mikroskopen ist der Aufwand für die Probenvorbereitung beim JCM-6000 minimal. Ein Merkmal des REM Tischsystems von Nikon Metrology ist die Fähigkeit, Nichtleiter

Hochpräzise Ablationsspitzen, die bei Morgan Advanced Materials mittels Keramikspritzguss hergestellt werden. Das daraus resultierende feinkörnige Material kann optisch nicht kontrolliert werden – einer der Hauptgründe für das Unternehmen, in das REM Tischsystem von Nikon Metrology zu investieren.

“ Das bei uns installierte REM (Rasterelektronenmikroskop) Tischsystem von Nikon Metrology ermöglicht uns eine bessere Kontrolle über unsere Ausrüstung und Analyseergebnisse.“Dr. Tim Clipsham, Technischer Leiter bei Morgan Advanced Materials

Die Keramikspitzen werden bei Zerstörung von Tumorgewebe mittels Mikrowellenablation in der Krebstherapie eingesetzt.

Scannendes Elektronenmikroskop unterstützt Keramikentwicklung der nächsten Generation

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Elementanalyse einer Probe, die im REM analysiert wird, indem die Energie- und Intensitätsverteilung der Röntgensignale, die durch die Fokussierung des Elektronenstrahls auf die Probenoberfläche generiert werden, gemessen werden, bringt uns eine Datenfülle, die wir mit der optischen Prüfung früher niemals erreicht haben. Die Werkstoffentwicklung und Strukturgestaltung ist daher um Vieles einfacher geworden.“

sonstige einsatzbereiche für das reMDerzeit spielt das JCM-6000 sowohl bei der Entwicklung neuer Keramikwerkstoffe im Innovationszentrum als auch bei laufenden Optimierungsprojekten eine aktive Rolle. Dank der bedienerfreundlichen Software des Geräts konnte Morgan den Einsatzbereich dieses Analyseinstruments auf eine größere Auswahl geschäftlicher Aktivitäten erweitern.

„Unsere Qualitäts- und Produktionstechniker finden immer wieder neue Einsatzmöglichkeiten für die Geräte und nun, nachdem das neue Mikroskop installiert ist, können wir uns unsere Arbeit ohne das Mikroskop kaum mehr vorstellen“, erklärt Dr. Clipsham.

Dank der Leitfähigkeitsreduktion und großen Kammer des REM können oxidische Keramikwerkstoffe zudem mit einem im Vergleich zu anderen Forschungs-REMs geringeren Zeitaufwand für die

Probenvorbereitung analysiert werden: Es müssen keine leitfähigen Beschichtungen aufgebracht werden und die Komponenten müssen auch nicht zerlegt werden, um wesentliche Informationen über die Oberflächenmerkmale der Komponente oder ihre chemische Zusammensetzung zu erhalten.

kaufentscheidungDr. Tim Clipsham empfahl Morgan, sich für ein REM Tischsystem zu entscheiden, da dieses Mikroskop sich aufgrund seiner Flexibilität und Bedienerfreundlichkeit am Besten für die geschäftlichen Anforderungen des Unternehmens eigne. Ein Forschungs-REM ist aufgrund seiner Aufstellungsbedingungen und der Tatsache, dass es von einem spezialisierten Fachmann bedient werden muss, wesentlich eingeschränkter in der Anwendung. Von den vier Tischmodellen, die in die engere Wahl kamen, wurde das Nikon Metrology JCM-6000 ausgewählt, da es eine überragende Bildqualität und die Möglichkeit des EDS-Aufsatzes für chemische Analysen bietet.

Sein Fazit: „Diese Instrumente können bei normaler Raumtemperatur betrieben werden und sind einfach zu bedienen. In nur wenigen Stunden wussten wir bereits alle Funktionen des JCM-6000 anzuwenden.

Der 60.000-fache Vergrößerungsbereich deckt praktisch all unsere Anwendungen ab. Für den eher unwahrscheinlichen Fall, dass wir über diesen Bereich hinausgehen müssen, würden wir die Analyse als Auftragsarbeit vergeben. Seit der Installation des JCM-6000 bestand bis jetzt jedoch noch keine Notwendigkeit dazu.“

Diese Keramikdichtungen werden beispielweise in Pumpen eingesetzt, die in anspruchsvollen Industrieumgebungen und petrochemischen Industrie verwendet werden.

Keramische Mechanikdichtungen aus dem neu entwickelten Reibwerkstoff von Morgan Advanced Materials.

“ Unsere Qualitäts- und Produktionstechniker finden immer wieder neue Einsatzmöglichkeiten für die Geräte und nun, nachdem das neue Mikroskop installiert ist, können wir uns unsere Arbeit ohne das Mikroskop kaum mehr vorstellen.

25News I Volume 8

Ein Meilenstein für die Stereomikroskopie

Die SMZ25 und SMZ18 Mikroskope revolutionieren die Stereomikroskopie. Die Vorteile: ein einzigartiger Vergrößerungs-bereich, eine extrem leistungsfähige Optik, Bedienerfreundlichkeit und hohe Flexibilität durch einen modularen Aufbau. Die neuen SMZ-Systeme bieten eine große Funktionsvielfalt – von einfachen stereoskopischen Bildern bis hin zu komplexesten Beobachtungsverfahren in beispielloser Qualität.

Injektionsnadel Uhr Detail einer Uhr (15,75x Zoom)Leiterplatte (Hellfeld)

Zoomweltmeister: die sMZ serie„Perfect Zoom Optics“, ein zukunftsweisenden Optiksystem, bietet mit dem SMZ25 das erste Stereomikroskop der Welt mit einem 25:1 Zoomverhältnis. Selbst unter Verwendung eines 1-fach Objektivs erfasst das SMZ25 die gesamten Objektplatte und bildet gleichzeitig mikroskopisch kleine Details ab.

Außergewöhnliche AuflösungBeide Mikroskope warten mit den neu entwickelten SHR (Super High Resolution) Plan Apo Objektiven auf, die eine Auflösung von 1100 lp/mm bieten (beobachteter Wert, unter Verwendung des 2-fach SHR Plan Apo bei maximalem Zoom). Die 0,5x, 1x oder 1,6x Objektive mit niedrigerem Vergrößerungsbereich bieten ein helles Sichtfeld und Bilder mit brillanten, lebensechten Farben.

helle und kontrastreiche fluoreszenzbilderDas SMZ25 ist das erste Stereomikroskop der Welt, das Fly-Eye Lin-sen auf einem Epifluoreszenz-Aufsatz verwendet. Dies sorgt für eine helle, gleichmäßigere Ausleuchtung – sogar im niedrigeren Vergrö-ßerungsbereich – des gesamten Sichtfelds.Diese Neuentwicklungen im optischen Konzept gehen mit einer deutlichen. Optimierung der Signalgüte einher, mit dem Ergebnis ge-stochen scharfer Bilder, sowohl bei der Fluoreszenzbeobachtung als auch bei normaler Beleuchtung.

größerer bedienkomfortDas Top-Modell SMZ25 ist mit einer komfortablen Fernbedienung sowie einem motorisiertem Fokus und Zoom erhältlich. Das bedie-nerfreundliche OCC-Beleuchtungssystem (OCC steht für Oblique Coherent Contrast, gleichmäßiger diagonaler Lichteinfall) lässt sich über einen Hebel steuern. Die Wärmeentwicklung ist minimal und es vergrößert den Kontrast bei unebenen Oberflächen. Mit einer um-fangreichen Auswahl an Zubehör wird Nikon Metrology den unter-schiedlichsten Beobachtungsverfahren gerecht.

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Das Unternehmen 3A wurde 2011 gegründet und ist in einem Hochtechnologie-Industriezentrum in Nogent, Frankreich, angesiedelt. Mittels additiver Fertigung durch Elektronenstrahlschmelzen (EBM, Electronic Beam Melting) fertigt es in Auftragsarbeit komplexe Teile aus Titanlegierungen und Kobalt-Chrom an. Das Unternehmen bedient überwiegend Kunden aus der Medizintechnik, auf die derzeit 75 Prozent des Gesamtumsatzes entfallen. Es produziert Implantate und Prothesen in Standard- und individueller Ausführung sowie Geräte für den medizinischen Bedarf. Außerdem erbringt es Leistungen für die Luft- und Raumfahrt und den Motorsport, da EBM ideal für die Herstellung von beispielsweise Turbinenschaufeln und mehrteiligen Zusammenbauten als Einzelteile in Leichtbauweise geeignet ist.Um die Qualitätssicherung für diese Fertigungsverfahren, insbesondere gemäß ISO 13485 für medizinische Geräte, zu unterstützen, hat 3A ein

Nikon Metrology Koordinatenmessgerät (KMG) in Portalbauweise mit 800 x 700 x 600 mm Messvolumen gekauft. Es wurde mit einem Nikon Metrology LC15Dx Laserscankopf geliefert, der in der Lage ist, sowohl regelmäßige als unregelmäßige 3D-Formen mit einer Genauigkeit von weniger als zehn Mikrometern zu messen – eine Größenordnung, die unter der geforderten Genauigkeit für die zu fertigenden Teile liegt.

Pascale Marié, Vertriebs- und Marketing-Managerin bei 3A erklärt: „Wir sind sehr zufrieden mit dem Scanner und sind überzeugt, dass er die beste Genauigkeit am Markt bietet. Nikon Metrology hat den Scanner in seiner neuesten Version geliefert und er ist in dieser Form der erste, der in Frankreich installiert wurde.

Schon vor dem Kauf der Ausrüstung war uns klar, dass tastende Messsysteme nicht in der Lage sind, hochkomplizierte Geometrien, wie beispielsweise die Gitterstrukturen, die wir in unserem Arcam EBM-System aufbauen, effektiv zu prüfen. Deshalb fiel unsere Wahl auf den LC15Dx.

Bei einfacheren im 3D-Druckverfahren hergestellten Komponenten programmieren unsere Techniker jedoch das KMG, um die Teile durch ein tastendes Messsystem überprüfen zu lassen. Dieses Verfahren ist in Bedienerzeit gerechnet nämlich schneller und kostengünstiger.”

Das laserscannen ist hilfreich, um die fertigungskosten bei schmiedeteilen zu reduzierenFrau Marié erklärte weiter, dass der 3D-Scankopf, als er einsatzfähig war, viele Neuaufträge nach sich gezogen hat, die zu Beginn gar nicht beabsichtigt waren. Beispielsweise benötigte ein Kunde, der

Modernste Werkzeugfertigung dank 3D-LaserscannenMultisensorfähiges KMG verringert die Kosten für die Nachfertigung von im Gesenk geschmiedeten Implantaten um 35 Prozent

Das Laserscannen in Verbindung mit einem Messtastersystem an einem Nikon Metrology Koordinatenmessgerät (KMG) ist die perfekte Ergänzung für die additive Fertigung (3D-Druck) bei Applications Additives Avancées (3A), einem französischen Unternehmen mit Spezialisierung auf die Serienproduktion von Teilen und Baugruppen. Dieses moderne Messsystem ist entscheidend für kürzere Markteinführungszeiten und die kostengünstigere Produktion von Komponenten für die Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt und andere mechanische Industriezweige.

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das neue Profil dann mit dem digitalen Modell abgeglichen. Kritische Bereiche können mit einer automatischen Analyse der Abweichungen mit Farbkodierung und Protokollierung durch die Nikon Metrology Software Focus Inspection hervorgehoben werden.

ein geringes rauschen bei den scandaten ergibt glatte flächen in hoher QualitätGanz gleich, ob der Scanner zu Reverse Engineering-Zwecken eingesetzt wird oder für die Prüfung von Teilen gegen das CAD-Modell, um die Maßhaltigkeit von EBM gefertigten Komponenten zu kontrollieren, oder zur Überarbeitung von Formen verwendet wird: Wichtig ist die präzise Erfassung der Punktewolke. Und hier kann der LC15Dx punkten, da die Genauigkeit seiner Messergebnisse der von berührenden Messsystemen ebenbürtig ist.

Pascale Marié fährt fort: „Die Punktewolken, die beim Scannen des Freiformflächenprofils einer Komponente entstehen, werden gefiltert und in NURBS-Oberflächen (unregelmäßige rationale Splines) zu Netzflächen verbunden, die wiederum gruppiert werden, um das CAD-Modell zu erstellen.

Die Glattheit und Genauigkeit der Oberflächen, die mit dem KMG, dem Scanner und der Software von Nikon Metrology generiert werden, ist so gut, dass die Toleranz von 0,1 mm, die für das anschließende Gesenkschmieden erforderlich ist, mühelos von unserem Kunden eingehalten werden kann. Die Qualitätskontrolle für unsere eigenen 3D-Komponenten aus der generativen Fertigung ist ebenso verlässlich.”

Reflektierende Oberflächen kommen im Alltagsgeschäft von 3A in Nogent am häufigsten vor, da die Gesenkformen von Hand poliert werden, um eine hohe Genauigkeit zu erzielen. Die Oberflächen von Implantaten, insbesondere beim Einsatz in Knie und Hüfte, werden dagegen vor allem deswegen geschliffen, um den Reibungskoeffizienten zu optimieren. Das Laserscannen ist in der Regel anfällig für Fehler, wenn glänzende Oberflächen dieser Art geprüft werden. Der LC15Dx mit seinen hochwertigen Nikon-Objektiven kommt jedoch auch mit diesen Bedingungen gut zurecht. Unerwünschte Reflexionen werden von einem hochentwickelten Softwarefilter neutralisiert, während Änderungen im Umgebungslicht durch einen optischen Tageslichtfilter absorbiert werden.

medizinische Implantate herstellt, die Rückführung (per Reverse Engineering) all seiner bisherigen Schmiedegesenke in CAD-Dateien. Die heute immer noch im Einsatz befindlichen alten Gesenkformen wurden ursprünglich entweder mithilfe von Schlichtelektroden aus Kupfer im Elektroerosionsverfahren oder unter Verwendung einer Kopierfräsmaschine hergestellt. Daher standen dem Kunden keine digitalen Daten zur Verfügung.

Nun schickt er 3A entweder die beiden Hälften der Gesenkform oder das Elektrodenpaar, das für deren Herstellung verwendet wurde. Die Reverse Engineering-Daten werden unter Verwendung des LC15Dx Laserkopfes und der Software Focus Scan auf dem Nikon Metrology KMG erfasst. Die Durchlaufzeit für den gesamten Reverse Engineering-Prozess beträgt zwei bis drei Tage. Dank der schnellen Datenerfassungstechnik des Laserscanners, der 70.000 Punkte pro Sekunde in 22 μm Schritten misst, dauert das Scannen eines Teils etwa zwischen 30 Minuten bis 2,5 Stunden (bei einem komplizierten Harzmodell). Mehrere hundert Formmodelle müssen digitalisiert werden, um sie in Form von CAD-Dateien zur Verfügung zu haben, wenn die Werkzeuge verschlissen sind. Nur so ist die kontinuierliche Qualität der Implantatproduktion sichergestellt.

Mithilfe der digitalen CAD-Modelle kann der Kunde die Metallbeschneidungszyklen so vorbereiten, dass die Gesenke auf modernen, ultraschnellen Schneidemaschinen in einem Prozessverlauf bearbeitetet werden können, der um 35 Prozent kostengünstiger und erheblich schneller ist als die herkömmliche Bearbeitung der Gesenke im Funkenerosionsverfahren unter Verwendung teurer Elektroden. Daraus ergeben sich erhebliche finanzielle Vorteile, da die in Verbindung mit den Schmiedewerkzeugen anfallenden Kosten die einzig maßgebliche Kostenvariable bei der Herstellung von im Gesenk geschmiedeten Produkten sind.

Ein zweiter Anwendungsbereich ist die Reparatur vorhandener Werkzeuge. Sobald die CAD-Modelle für eine Gesenkform zur Verfügung stehen, kann ein bereits abgenutztes Schmiedewerkzeug gescannt werden. Auf dieser Grundlage können die beiden Hälften dann exakt nachgebaut werden, indem das Metall an den Stellen, an denen Verschleiß aufgetreten ist, repariert wird. Die reparierten Stellen werden bearbeitet und poliert und in einem weiteren Laserscan wird

Programmierung eines Scanzyklus' für die Flächenrückführung (RE) einer Kupferelektrode, die für die Herstellung eines Hüftschaft-Implantats verwendet wurde.

Der LC15Dx scannt das komplette Teil mit wenigen einfachen Bewegungen.

Die virtuelle Oberfläche der Elektrode nach der 3D-Netzflächenerstellung.

Die aus einem Scanzyklus mit dem Laser entstehende Punktewolke.

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