Ins Bauteil geblickt

Meinolf Droege,

Computertomograf prüft Kunststoffteile zerstörungsfrei

Innenliegende Strukturen, Hinterschnitte, tiefe Bohrungen, verwinkelte Kanten: Kunststoffteile weisen manchmal so komplexe Geometrien auf, dass eine zerstörungsfreie Prüfung kaum möglich scheint. Für solche Fälle nutzt Messdienstleister 3Dimetik einen Computertomografen. Auf der Basis von Röntgenscans erzeugt das Messsystem hoch aufgelöste 3D-Daten aller innen- und außenliegenden Bauteilstrukturen.

Medizintechnische Produkte mit ihren hohen Qualitätsanforderungen und häufig komplexen Konstruktionen bieten ein breites Anwendungsfeld für die zerstörungsfreie Prüfung. © GOM

Vor allem bei Erstbemusterungen bekommt das Team von 3Dimetik Kunststoffobjekte auf den Tisch, die auf den ersten Blick unmessbar erscheinen – zumindest nicht, ohne die Teile in mehrere Stücke zu zerlegen. „Uns erreichen Lohnmessaufträge für Spritzlinge, die es wortwörtlich ‚in sich‘ haben: Sie sind teilweise nur wenige Zentimeter groß, haben aber ein komplexes Innenleben und anspruchsvolle Formen. Wenn man das als Dienstleister digitalisieren soll, kommt man mit herkömmlichem Messequipment an seine Grenzen“, berichtet Pascal Mohr. Das sei beispielsweise häufig in der Medizinindustrie der Fall: Kanülen haben sehr kleine Öffnungen, die messtechnisch präzise abgebildet werden müssen. Das schafft nur ein Messgerät mit hoher Auflösung. Gleichzeitig sind tiefe Gewindegänge vorhanden, in die das Messgerät hineinschauen muss, um alle Geometrieinformationen zu erhalten. Darüber hinaus muss das Messgerät mit dem transparenten Material der Kanüle zurechtkommen. Damit, so Pascal Mohr, scheiden sowohl KMGs und Streifenlichtscanner aus. Zerstörungsfrei lasse sich ausschließlich per Computertomografie ein vollumfängliches, digitales Abbild erzeugen.

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CT gezielt wählen

Pascal Mohr zeigt ein transparentes Bauteil, das mit einem grünen Deckel verschlossen wird, in etwa 1 x 1 cm groß. „Allein auf dem Verschluss haben wir 200 Prüfpositionen auf engstem Raum. Das erfordert, die Messdaten mit einem sehr hoch auflösenden Computertomografen zu erfassen. Genutzt wird dafür der Tomograf CT von GOM. Das System nutzt zur Messung einen 3k-Röntgendetektor mit der Auflösung 3008 x 2515 Pixel bei 100 Mikrometer Pixelraster. Das Ergebnis seien gestochen scharfe Bilder, die feine Details des Bauteils zeigen. Der Messdatensatz sei auch bei komplexen Geometrien zu 100 Prozent geschlossen.

Neben der Messauflösung seien weitere Kriterien bei Auswahl des CT-Messsystems relevant gewesen. Größere und kleinere Unterschiede seien ausschlaggebend für die Investitionsentscheidung gewesen, angefangen von der offensichtlichen Verarbeitungsqualität bis zur arbeitserleichternden Funktionen. Dazu gehört beispielsweise die automatische Bauteilzentrierung im Messraum, die dafür sorg en soll, dass jedes Bauteil stets in der optimalen Messposition erfasst wird.

Automatische Bauteilzentrierung

Die optimale Messposition hängt von Form und Größe des Bauteils ab und ist ein K.O.-Kriterium für die Qualität der Messdaten. Pascal Mohr erklärt: „Ich will immer mit größtmöglicher Auflösung messen, um möglichst viele Details zu erfassen. Die größtmögliche Auflösung erreiche ich, wenn ich das Bauteil nah an der Röntgenquelle positioniere. Je näher sich das Bauteil an der Röntgenquelle befindet, desto größer wird das Bauteil auf dem Röntgendetektor dargestellt. Doch je weiter ich mich der Röntgenquelle nähere, desto mehr laufe ich Gefahr, dass einzelne Bauteilelemente außerhalb der Detektorfläche liegen und somit nicht erfasst werden.“ Bei einigen CT-Systemen wird die Suche nach der bestmöglichen Messposition zur Sisyphusarbeit, denn sie vollzieht sich nach dem Trial-and-Error-Prinzip. Das GOM CT dagegen findet die bestmögliche Messposition automatisch.

Im Messraum des Geräts befindet sich eine 5-Achs-Kinematik mit integriertem Zentriertisch. Neben der Drehachse umfasst das System eine Vergrößerungs- und Hubachse zur Positionierung sowie zwei weitere Achsen zur Zentrierung des Bauteils. Der Nutzer platziert das zu messende Bauteil auf dem Zentriertisch und schließt die Tür zum Messraum. Dann lässt er sich per Live-Bild anzeigen, wie der Röntgendetektor den Prüfling in seiner aktuellen Position erfassen würde. Um die Messposition zu optimieren, schiebt er die virtuelle Positionierhilfe über das Objekt und überlässt die Positionierung der CT-Software. Wer lieber selbst virtuell Hand anlegen möchte, tippt die gewünschten Achsänderungen in die Eingabefelder der Software und gibt dann den Befehl an die Verfahreinheit. Damit sitzt das Bauteil sitzt in der perfekten Position und wird mit größtmöglicher Auflösung erfasst.

Mehrere Bauteile gleichzeitig im Messraum

Bei eiligen Aufträgen lassen sich mehrere Werkstücke zeitgleich vermessen. „Anhand der Zeichnung bewerten wir die Feinheit der Details und setzen diese in Relation zur Toleranz. Auf Basis dieser Faktenlage entscheiden wir, wie viele Teile wir potenziell gleichzeitig vermessen können“, berichtet Pascal Mohr. Aktuell habe man ein Projekt, das ein gleichzeitiges Vermessen von 32 Kunststoffteilen erfordert. Für den CT kein Problem. „Da kann kein konventionelles Scanningsystem mithalten“, meint Pascal Mohr.

Die mit dem GOM CT generierten Messdaten lassen sich für eine Vielzahl an Auswertungen nutzen. Dazu gehören unter anderem Lunker-, Riss- und Funktionsanalysen oder die Prüfung auf Vakuolen. Häufig gefragt seien zudem Zusammenbauanalysen.

Weniger Korrekturschleife im Werkzeugbau

Darüber hinaus geben die Messdaten des Bauteils Aufschluss über notwendige Werkzeugkorrekturen. Pascal Mohr: „Die Beschleunigung der Werkzeugkorrektur ist eine unserer großen Stärken. Der Kunde schickt uns dazu sein Erstmuster, wir digitalisieren es mit dem CT und werten die Messdaten aus. Stellen wir am Werkstück Probleme fest, können wir durch Flächenrückführung definieren, an welcher Stelle das Werkzeug geändert werden muss.“ Anstatt vier bis fünf Korrekturschleifen zu drehen, passe nun das Werkzeug typischerweise schon nach der ersten Korrekturschleife.


Der Anwender

2016 gründeten die Messtechniker Pascal Mohr, Benjamin März und Daniel Wilhelm den Messdienstleister 3Dimetik in Kassel. Heute besteht das Unternehmen aus neun Mitarbeitern. Die Leistungen reichen vom Reverse Engineering und der Konstruktion bis zur Messung von Prototypen und Serien. Genutzt werden dreidimensionale optische, taktile und Oberflächenmessungen sowie Messungen mit dem 3D-Computertomograf. Kunden kommen laut Unternehmen aus fast ganz Europa. Die Begutachtung nach DIN EN ISO/IEC 17025 wurde durchlaufen.

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