Koordinatenmessgeräte (CMM): Zweck, Funktionsweise und industrielle Anwendungen

Produktdesigns waren im frühen 20. Jahrhundert noch einfach, und Designer waren flexibel bei Genauigkeits- und Dimensionstoleranzanforderungen. Daher hatten Werkstätten kein Problem, Teile mit konventionellen Fräsmaschinen zu fertigen und Qualitätskontrolle mit Handwerkzeugen wie Messschiebern, Messschrauben und Komparatoren durchzuführen.

Doch als Produktdesigns komplexer und Fertigungstechnologien fortschrittlicher wurden, entstand der Bedarf an fortschrittlicheren Qualitätskontrollgeräten, die menschlichen Fehler eliminieren. Dies führte 1959 zur Entwicklung des ersten Koordinatenmessgeräts (CMM) durch Ferranti.

Ein Koordinatenmessgerät (CMM) ist ein unverzichtbares Qualitätskontrollgerät, das Spitzenbetriebe heute nutzen. In diesem Artikel decken wir die Grundlagen von CMMs ab. Wir erklären, wie ein CMM funktioniert, seine Anwendungen und die verschiedenen Arten von Koordinatenmessgeräten, die heute verfügbar sind.

Was ist ein Koordinatenmessgerät?

Ein Koordinatenmessgerät (CMM) ist ein Qualitätskontrollgerät, das Höhe, Breite und Tiefe eines Teils misst, um festzustellen, ob es die Designanforderungen erfüllt.

Ein typisches CMM verfügt über einen Taster (Probe), der die Position eines Punkts im Raum erfasst und von einer dreidimensionalen Referenzposition misst. Bewegt man die Tasterspitze über ein Werkstück, erfasst das Tastsystem Punkte, die eine „Punktwolke“ (Point Cloud) bilden, die die Form des Werkstücks umreißt.

Der Prozess, durch den die Tasterpunkte gemessen und in einen Formumriss umgewandelt werden, wird von spezieller Koordinatenverarbeitungssoftware gesteuert.

Wofür wird ein Koordinatenmessgerät verwendet?

Beispiel einer „Punktwolke“ von Lucas Vieira, Public domain, via Wikimedia Commons

Die vom Koordinatenmessgerät gebildete „Punktwolke“ ermöglicht die Bestätigung der Teilekonformität zum Designintent und zu Toleranzanforderungen. Spitzenbetriebe integrieren diese Geräte typischerweise in ihre Qualitätskontrollabteilung (QC), um Genauigkeit und Präzision gefertigter Teile gegen Kundenspezifikationen zu testen.

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Durch Reverse Engineering nutzen Werkstätten CMMs auch zur Erstellung von Repliken kundenspezifischer Designs (oder physischer Muster). Dabei bewegt der Zerspaner den empfindlichen Taster über das physische Muster, und das CMM führt Operationen durch, um dieses Muster in eine 3D-CAD-Zeichnung umzuwandeln.

Der Zerspaner nutzt diese CAD-Modelle dann, um Repliken der physischen Muster mit Fertigungstechnologien wie CNC-Maschinen und 3D-Druckern zu erstellen. Diese Reverse-Engineering-Anwendung von CMMs ist hilfreich bei der Herstellung veralteter Teile – wie Oldtimer-Motoren oder Gasturbinenteile.

Arten von Koordinatenmessgeräten

Koordinatenmessgeräte gibt es typischerweise in vier distincten Typen:

1. Brücken-CMMs (Bridge CMMs)
2. Portalk-CMMs (Gantry CMMs)
3. Kragarm-CMMs (Cantilever CMMs)
4. Horizontalarm-CMMs (Horizontal Arm CMMs)

#1 Brücken-Koordinatenmessgeräte

Brücken-CMMs sind der häufigste Typ von Koordinatenmessgeräten. Sie verfügen typischerweise über einen sehr stabilen Anker für die Messeinrichtung und eignen sich am besten für die Messung bearbeiteter Teile mit höchster Genauigkeit und engsten Toleranzanforderungen.

Allerdings sind Brücken-CMMs generell auf kleine bis mittelgroße bearbeitete Teile beschränkt, die sich leicht auf den Tisch heben lassen. Mit Brücken-CMMs können auch Herausforderungen beim Zugriff auf einige zu messende Teile auftreten – wegen des aufrechten Ankers, der die X-Achse hält.

#2 Portal-Koordinatenmessgeräte

Portal-CMMs ähneln Brücken-CMMs, unterscheiden sich aber leicht in Design und Fähigkeit.

Im Gegensatz zum Brücken-CMM ist ein Portal-Koordinatenmessgerät direkt am Boden montiert, mit seinem Träger auf Pfeilern erhöht. Dies erlaubt dem Portal-CMM, bearbeitete Teile mit größeren Volumina und komplexeren Geometrien aufzunehmen und zu erreichen, als Brücken-CMMs ausgelegt sind.

Der Messbereich für Portal-CMMs variiert typischerweise von (1 × 2 × 1 m) bis (5 × 9 × 3 m) in einem 3D-Koordinatensystem.

#3 Kragarm-Koordinatenmessgeräte

Kragarm-CMMs werden nur an einem Punkt gestützt, was sie weniger steif macht als Portal- und Brücken-CMMs. Bei der Messung leichter bearbeiteter Teile ermöglicht ihre Einpunktstützung schnellere Bewegungen und höhere Genauigkeit als andere CMMs.

Kragarm-CMMs sind generell auf kleine bearbeitete Teile, Messlehren und Normalteile beschränkt.

#4 Horizontalarm-Koordinatenmessgerät

Horizontalarm-CMMs montieren Tastköpfe (Scanning- oder Touch-Probes) horizontal statt vertikal wie die anderen CMM-Typen. Dieses einzigartige Design erlaubt die Messung großer Flächen oder bearbeiteter Teile mit schwer erreichbaren Merkmalen.

Beachten Sie: Horizontalarm-CMMs sind weniger präzise als andere CMM-Typen. Dennoch sind sie der ideale CMM-Typ für die Messung großer dünnwandiger Blechteile.

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