Wenn Hinterschnitte und Spiegelungen die Messung blockieren – das 3D-Scannen von Werkzeugformhohlräumen

Die Geometrie eines Werkzeugformhohlraums entscheidet darüber, ob ein Spritzgussteil, ein Druckgussbauteil oder ein tiefgezogenes Formteil auf Anhieb passt. Doc

Das Objekt im Detail – Material, Oberfläche und die kritischen Hohlraumzonen

Ein typischer Werkzeugformhohlraum besteht aus gehärtetem Werkzeugstahl, oft mit einer polierten oder erodierten Oberfläche, die je nach Pflegezustand zwischen spiegelnd und matt-strukturiert schwanken kann.

Die Hohlraumgeometrie ist selten einfach: Mehrfach hinterschnittene Konturen, schlanke Rippen, enge Bohrungen und Auswerferstellen wechseln sich mit großflächigen Formnestern ab.

Solche Bauteile wiegen nicht selten mehrere hundert Kilogramm und sind auf der Bearbeitungsmaschine fest aufgespannt, während sich die messtechnisch interessanten Flächen auf der Innenseite befinden – für taktile Messgeräte nur mit aufwändiger Umspannung zugänglich.

INSVISION AlphaScan 3D-Scan-Demonstration

Validierungscheckliste für den Einsatz

Schwerpunkt	Entscheidungspunkt	Umsetzungshinweis
Bauteilbezug	Größe, Oberfläche und Toleranzen mit der Scanaufgabe abgleichen	Mit einem typischen Teil einen vollständigen Testlauf durchführen
Datenfluss	Prüfen, ob Punktwolke, Abweichungskarte und Bericht in den QS-Prozess passen	Exportformat und Freigabeverantwortung vorab klären
Einsatz vor Ort	Schulung, Kalibrierung, Lichtverhältnisse und Arbeitsraum bewerten	Die Ergebnisse als Standard für Serienprüfungen dokumentieren

Hinzu kommen thermische Einflüsse aus dem vorangegangenen Fertigungsprozess: Ein frisch gefrästes Werkzeug hat eine andere Temperatur als das gleiche Werkzeug vier Stunden später, was die messtechnische Vergleichbarkeit erschwert.

INSVISION AlphaScan Produktpräsentation auf einer Fachmesse

Kernpunkte im Überblick

Ein typischer Werkzeugformhohlraum besteht aus gehärtetem Werkzeugstahl, oft mit einer polierten oder erodierten Oberfläche, die je nach Pflegez…
Taktile Koordinatenmessgeräte liefern bei einfachen Außenkonturen stabile Werte, kommen aber in tiefen Kavitäten mit kleinen Tasterkugeln kaum n…
Ein handgeführter 3D-Scanner wie der AlphaScan von INSVISION ändert die Zugänglichkeit grundlegend.
Die gewonnene Punktwolke wird in der Software zum Netzmodell weiterverarbeitet und gegen den referenzierten CAD-Datensatz ausgerichtet.

Warum konventionelle Methoden an ihre Grenzen stoßen

Taktile Koordinatenmessgeräte liefern bei einfachen Außenkonturen stabile Werte, kommen aber in tiefen Kavitäten mit kleinen Tasterkugeln kaum noch an jede Flanke heran.

Lichtbasierte Streifenprojektoren wiederum kämpfen mit der Reflexion: Hochglanzpolierte Stahlflächen werfen das Licht gerichtet zurück, sodass keine auswertbare Punktwolke entsteht. Mattierungsmittel verbessern die Situation, verändern aber die Oberfläche und sind in vielen Fertigungslinien nicht zugelassen.

Auch die Ausrichtung bleibt ein Problemfeld: Ein Werkzeugformhohlraum ist oft asymmetrisch und bietet keine ebenen Referenzflächen, die eine schnelle RPS-Ausrichtung erlauben würden.

Wer dann mit mehreren Einzelaufnahmen arbeitet, muss die Punktwolken über manuell gesetzte Zielmarken zusammenführen – ein Schritt, bei dem sich leicht Rotationsfehler einschleichen, die später im CAD-Abgleich als Formabweichung fehlinterpretiert werden.

Scanstrategie – wie ein handgeführter Scanner die vollständige Kavität erfasst

Ein handgeführter 3D-Scanner wie der AlphaScan von INSVISION ändert die Zugänglichkeit grundlegend. Statt das Werkzeug auf einen Messtisch zu zwingen, wird der Scanner um das Bauteil herumgeführt, auch in beengter Umgebung.

Die integrierte Projektionseinheit passt die Belichtung dynamisch an die lokale Reflexion an, sodass selbst polierte Schrägen ohne zusätzliche Mattierung erfassbar bleiben.

Entscheidend ist die Scanpfadplanung: Der Bediener beginnt an einer großflächigen, gut wiedererkennbaren Zone, führt den Scanner dann in die Tiefe der Kavität und arbeitet sich systematisch zu den Hinterschnitten vor.

Fehlende Bereiche werden sofort auf dem Display signalisiert, sodass noch während der Aufnahme nachgescannt werden kann. Die hybride Erfassung über Geometrie und Texturmerkmale erlaubt es, auch ohne flächige Zielmarken auszukommen, was die Vorbereitungszeit auf ein Minimum reduziert.

Damit entsteht eine vollständige, geschlossene Punktwolke, die auch schmale Stege, Auswerferbohrungen und Kühlkanalaustritte lückenlos abbildet.