3D-Prüfung von Gussteilen mit komplexer Innengeometrie
Für einen Kunden prüfte MartCad mehrere Gusseisenteile aus einer Serienfertigung. Dabei sollte festgestellt werden, ob sowohl die äußere als auch die verborgene Innengeometrie dem nominalen CAD-Modell entsprach und innerhalb der vorgegebenen Toleranzen lag.
Die inneren Kanäle, Hohlräume und Wandflächen waren von außen nicht sichtbar und konnten daher nicht vollständig direkt optisch vermessen werden.
Um diese Innengeometrie dennoch zuverlässig prüfen zu können, wurden mehrere repräsentative Teile aus der Serie zunächst vollständig rundum gescannt, anschließend zersägt und danach als Einzelteile erneut gescannt.
Dank zuvor angebrachter Referenzpunkte konnten die zersägten Teile nach dem zweiten Scan exakt in ihre ursprüngliche Position aus dem ersten Gesamtscan zurückgeführt werden.
Projektübersicht
Fragestellung: Entspricht die tatsächliche Innen- und Außengeometrie der Gussteile dem CAD-Modell und den vorgegebenen Toleranzen?
Herausforderung: Optisches 3D-Scanning erfasst nur sichtbare Oberflächen; die inneren Strukturen waren zunächst nicht zugänglich.
Vorgehensweise: Referenzpunkte anbringen, vollständig rundum scannen, mehrere Teile aus der Serie zersägen, die Einzelteile erneut scannen und exakt in ihre ursprüngliche Position zurückführen.
Ergebnis: ein Prüfbericht mit Farbabweichungsdarstellungen, Messlabels und Toleranzbewertung, aus dem hervorging, welche Bereiche innerhalb und außerhalb der Toleranz lagen.
Warum wurden die Bauteile zersägt?
Das Zersägen eines Bauteils klingt zunächst drastisch, in diesem Projekt handelte es sich jedoch um Gussteile aus einer Serienfertigung.
Um auch die verborgene Innengeometrie zuverlässig prüfen zu können, wurden mehrere repräsentative Teile zerstörend untersucht. Diese Bauteile waren speziell für die Qualitätskontrolle vorgesehen und mussten anschließend nicht mehr im Endprodukt verwendet werden.
Durch die Untersuchung mehrerer Teile aus der Serie erhielt der Kunde nicht nur Informationen zu einem einzelnen Bauteil, sondern auch ein besseres Bild von der Reproduzierbarkeit des Gießprozesses.
Der Verlust einiger Prüfteile stand dabei in einem vertretbaren Verhältnis zum Risiko, eine vollständige Serie mit verborgenen Maß- oder Formabweichungen zu produzieren oder weiterzuverarbeiten.
Die technische Herausforderung
Die komplexen inneren Strukturen konnten nicht vollständig vermessen werden, solange das Gussteil unversehrt blieb. Für den Scanner waren nur die Außenseite und direkt sichtbare Flächen zugänglich.
Die Herausforderung bestand daher aus zwei Teilen:
- die verborgene Innengeometrie zugänglich zu machen, ohne die ursprünglichen Positionsinformationen zu verlieren;
- die Teilmessungen nach dem Zersägen so präzise wie möglich in das Koordinatensystem des ersten Gesamtscans zurückzuführen.
Eine Ausrichtung ausschließlich anhand der gescannten Geometrie wäre möglich gewesen. Für diese Anwendung wurde jedoch bewusst eine Ausrichtung über zuvor angebrachte Referenzpunkte gewählt, da diese die genaueste und reproduzierbarste Positionierung ermöglichte.
Vorgehensweise
1. Referenzpunkte anbringen
Vor dem ersten Scan wurden Referenzpunkte auf den Gussteilen angebracht. Diese Punkte bildeten ein festes optisches Referenznetz rund um jedes Bauteil.
2. Vollständiger Scan vor dem Zersägen
Jedes Bauteil wurde zunächst mit dem ATOS Triple Scan-System vollständig rundum gescannt. Dadurch wurden die Außengeometrie und die Position aller Referenzpunkte in einem gemeinsamen Koordinatensystem erfasst.
Für die Datenverarbeitung und Prüfung wurde ZEISS INSPECT Optical 3D eingesetzt.
3. Gussteile zersägen
Nach dem ersten Gesamtscan wurden die ausgewählten Prüfteile vom Kunden in mehrere Stücke zersägt. Dadurch wurden die inneren Kanäle, Hohlräume und Wandflächen zugänglich.
4. Einzelteile erneut scannen
Die zersägten Teile wurden einzeln erneut gescannt. Neben den nun sichtbaren Innenflächen wurden auch die weiterhin vorhandenen Referenzpunkte auf jedem Teil erfasst.
5. Teilmessungen zurückpositionieren
Die Referenzpunkte auf den zersägten Teilen entsprachen den Punkten aus dem ersten vollständigen Scan. Dadurch konnten die Teilmessungen exakt in ihre ursprüngliche Position zurückgeführt werden.
Diese Vorgehensweise verhinderte, dass die Ausrichtung von einer Best-Fit-Anpassung an den Schnittflächen oder an möglicherweise verformter Geometrie abhängig wurde.
6. Vergleich mit dem CAD-Modell
Nach dem Zusammenführen der Außen- und Innenscans wurden die vollständigen Messdaten mit dem nominalen CAD-Modell verglichen.
Damit konnten sowohl die sichtbare Außengeometrie als auch die inneren Flächen auf Form-, Lage- und Maßabweichungen geprüft werden.
Ergebnis und Lieferumfang
Auf Grundlage der zusammengeführten Scandaten wurde für die untersuchten Gussteile ein Prüfbericht erstellt.
In diesem Bericht wurden die tatsächlichen inneren und äußeren Flächen mit dem nominalen CAD-Modell verglichen. Abweichungen wurden mithilfe von Farbabweichungsdarstellungen, Messlabels und Toleranzwerten dargestellt.
Dadurch wurde für jeden relevanten Bereich sichtbar:
- wo das Gussteil vom CAD-Modell abwich;
- wie groß die positive oder negative Abweichung war;
- welche Bereiche innerhalb der Toleranz lagen;
- welche Bereiche außerhalb der Toleranz lagen;
- ob vergleichbare Abweichungen bei mehreren untersuchten Teilen wiederkehrten.
Der Kunde erhielt damit eine objektive Grundlage für die Qualitätsbewertung der Serie sowie für mögliche Korrekturen am Gießprozess, am Werkzeug oder an der weiteren Bearbeitung.
Fazit
Durch die zerstörende Untersuchung mehrerer Gussteile aus der Serie konnten auch die verborgenen Innenflächen präzise vermessen werden.
Die Kombination aus einem ersten Gesamtscan, zuvor angebrachten Referenzpunkten und separaten Scans nach dem Zersägen ermöglichte es, alle Teilmessungen zuverlässig in ihre ursprüngliche Position zurückzuführen.
Der Prüfbericht zeigte anschließend objektiv, wo die Gussteile vom CAD-Modell abwichen und ob diese Abweichungen innerhalb der vorgegebenen Toleranzen lagen.
Diese Fallstudie zeigt, wie 3D-Scanning für die zerstörende Qualitätskontrolle serienmäßig hergestellter Gussteile eingesetzt werden kann, einschließlich Innengeometrien, die normalerweise optisch nicht zugänglich sind.
Weitere Informationen zu unseren Möglichkeiten finden Sie unter 3D-Vermessung und 3D-Scanning .
Häufig gestellte Fragen
Warum wurden die Gussteile zersägt?
Die inneren Flächen waren von außen nicht sichtbar und daher nicht vollständig optisch messbar. Durch das Zersägen mehrerer repräsentativer Prüfteile aus der Serie konnten diese verborgenen Flächen direkt gescannt werden.
Wie wurden die zersägten Teile wieder präzise zusammengeführt?
Vor dem Zersägen wurden Referenzpunkte angebracht und jedes Bauteil vollständig rundum gescannt. Nach dem Zersägen entsprachen die Referenzpunkte auf den Einzelteilen denen aus dem ersten Scan. Dadurch konnten die Teilmessungen exakt in ihre ursprüngliche Position zurückgeführt werden.
Warum wurden mehrere Teile aus der Serie untersucht?
Durch die Prüfung mehrerer repräsentativer Gussteile erhielt der Kunde ein besseres Bild von der Reproduzierbarkeit des Gießprozesses und konnte beurteilen, ob Abweichungen zufällig oder systematisch waren.
Was wurde im Prüfbericht nachgewiesen?
Der Bericht zeigte mithilfe von Farbabweichungsdarstellungen, Messlabels und Toleranzwerten, wo die tatsächliche Geometrie vom CAD-Modell abwich und welche Bereiche innerhalb oder außerhalb der Toleranz lagen.
Innen- und Außengeometrie von Gussteilen prüfen lassen?
MartCad unterstützt beim 3D-Scanning, bei der zerstörenden Prüfung und beim CAD-Vergleich komplexer Gussteile und anderer serienmäßig hergestellter Bauteile.
