Bi-directionele sensor meet vorm en ruwheid van assen in lijn

Het Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) heeft een interferometrische afstandssensor ontwikkeld, die de geometrische eigenschappen van assen, zoals een nokkenas of krukas, met een absolute nauwkeurigheid van submicrometers kan vaststellen. De ‘bd-1′ compacte sensorkop kan worden geïntegreerd in een asmeetmachine en neemt behalve de geometrische kenmerken ook de oppervlakteruwheid op.

Fraunhofer ILT meten nokkenasDe auto-industrie stelt hoge eisen aan de productie nauwkeurigheid en oppervlakte eigenschappen van krukassen, aandrijfassen en nokkenassen. De kleinste productiefout aan nokkenassen zou het vermogen van de motor, het brandstofverbruik en de levensduur van de componenten belangrijk kunnen beïnvloeden.

Afwijkingen in de rondheid of de ruwheidswaarden leiden tot verhoogde slijtage, ongewenst geruis en slecht functioneren. Daarom worden de assen in de productielijn onderworpen aan een 100% controle, waarbij de eisen aan de nauwkeurigheid van de meettechniek 10 keer hoger zijn dan bij de productietechniek. Bij het meten van de vorm- en positie-afwijkingen moet de meetnauwkeurigheid liggen in het micrometer gebied, vaak zelfs in het gebied van enkele honderden nanometers.

Sensoren voor controle

Momenteel gebruiken asmeetmachines gevoelige afstandsensoren en laser-triangulatiesensoren, die de nokvorm, nokhoogte, basiscirkel, rondheid, excentriciteit, hoekpositie en het in de lijn liggen van de lagers meten. De oppervlakteruwheid wordt vaak apart vastgelegd met een ruwheidsmeter.

De bi-directionele optische sensor ‘bd-1′ meet zowel de vorm als de ruwheid van de assen in line. Hiervoor heeft hij slechts een fractie van de inbouwruimte nodig van conventionele sensoren. De naam houdt verband met het begrip bi-directioneel, wat betekent, dat de laserstraal over dezelfde weg heen en terug loopt. Daardoor vervallen aanpassingsproblemen en de zender en ontvanger hoeven niet meer op elkaar gericht te zijn. Ten opzichte van de gebruikelijke sensoren heeft de ‘bd-1′ een belangrijk kleinere lineaire foutmarge.

De bd-1 kan alle soorten oppervlakken meten, ook fijn geslepen, glanzende en spiegelende oppervlakken, wat voor andere optische sensoren een probleem is. Ook steile hellingvlakken of gaten met een grote hoogte-breedte verhouding kunnen met de bd-1 worden gemeten. Ook kan tijdens de meting van vormafwijkingen bij draaiende assen de oppervlakteruwheid worden opgenomen, zodat extra proces stappen voor het meten van de ruwheid wegvallen.

Kwaliteitscontrole en procesbewaking

De sensor herkent vormafwijkingen en de microscopische oppervlaktestructuur van de as bij toerentallen van meerdere duizenden omwentelingen per minuut bij een nauwkeurigheid in het 100- nanometer gebied. Dit wordt mogelijk door snelle data opname en – verwerking, waarbij de meetfrequentie tussen de aparte afstandsmetingen tot 70 kHz mogelijk is. Hiermee haalt de ‘bd-1′ de nauwkeurigheid van interferometrische sensoren en is sneller dan de gebruikelijke absoluut metende afstandssensoren. Hij kan zowel worden gebruikt voor de kwaliteitscontrole in de productielijn als voor de procesbewaking tijdens de productie.

Ook in ruwe omgevingen werkt de sensor betrouwbaar. Het venster voor de in- en uitgang van de stralen heeft een diameter van minder dan 5 mm en kan daarom efficiënt worden beschermd tegen vervuiling door een luchtstroom.
Toepassingen

De ontwikkelaars van het Fraunhofer ILT hebben de afstandssensor primair ontwikkeld voor de producenten van assen of van zeer nauwkeurige cilinder coördinaten meetmachines (CCMM) voor bijvoorbeeld nokken- of krukassen. De nieuwe sensor is optimaal geschikt voor een 100% in line controle van geometrische kenmerken conform de eisen van de auto industrie. Tijdens praktijkproeven heeft de sensor zich al bewezen bij diverse opdrachten, zoals de diktemeting bij walsmachines en folieblaasinstallaties en bij rondheids- en afstandsmetingen tijdens de productie van draaiende delen in een gereedschapsmachine.

Commentaar gesloten.