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3D-Prüfung von Industrieformen: Maßhaltigkeit, Oberflächen und Hinterschneidungen sicher digitalisieren

Die Werkzeugform ist das Herzstück jeder Serienproduktion. Ob Spritzguss, Druckguss oder Blechumformung – die geometrische Güte der Form entscheidet über Aussch

Kanten, Schrägen und Spiegelglanz – was die Werkzeugform für die Messtechnik so anspruchsvoll macht

Industrieformen sind keine homogenen Messkörper. Sie bestehen aus gehärteten Werkzeugstählen mit oft polierten oder erodierten Oberflächen, die je nach Nachbearbeitung unterschiedlich stark reflektieren.

Hinzu kommen tiefe Auswerferbohrungen, schmale Schieberflächen und Hinterschneidungen, die selbst für taktile Messsysteme schwer zugänglich sind.

Ein typisches Spritzgusswerkzeug kann Längen von über 1200 mm erreichen, die Kavitäten sind jedoch nur wenige Millimeter tief und mit Radien versehen, die vollflächig zu prüfen sind.

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

Die zuverlässige Digitalisierung solcher Geometrien hängt entscheidend davon ab, wie das Messsystem mit Mehrfachreflexionen, scharfen Kantenübergängen und wechselnden Oberflächengüten umgeht.

Genau hier setzt die blaue Laserlinie des AlphaScan an: Der Scanner projiziert ein schmales, intensives Lichtmuster, das auch auf glänzenden und teilweise öligen Werkzeugstählen ausreichend Streulicht zurückwirft, um stabile Punktwolken zu erzeugen.

Zusätzlich erlauben die integrierten Photogrammetrie-Marker eine automatische Registrierung großer Werkzeuge, ohne dass der Anwender segmentweise ausrichten muss – ein praktischer Vorteil, wenn die Form auf Spannpratzen liegt und nicht umgespannt werden darf.

Kernpunkte im Überblick

  • Industrieformen sind keine homogenen Messkörper.
  • Bevor die erste Messung startet, muss die Frage beantwortet werden, welche Merkmale tatsächlich abgeprüft werden sollen.
  • Die eigentliche Stärke eines mobilen 3D-Scans liegt nicht allein im schnellen Erfassen der Geometrie, sondern in der durchgängigen Datenkette.
  • Ein handgeführter 3D-Scanner für die Formenprüfung muss sich in eine raue Fertigungsumgebung einfügen.

Zwischen Einzelteil und Erstmuster: die Prüfstrategie an der realen Werkzeuggeometrie

Bevor die erste Messung startet, muss die Frage beantwortet werden, welche Merkmale tatsächlich abgeprüft werden sollen. Bei einer Werkzeugaufnahme geht es selten um das gesamte Volumen, sondern um die funktionskritischen Zonen: Dichtflächen, Passungen, Konturzonen und Entformungsschrägen.

Ein typischer Ablauf beginnt mit der Referenzierung der Form über die Aufspannflächen, um den Bezug zum späteren Werkstückkoordinatensystem herzustellen.

Danach wird der Scanner in einem groben Vorlauf über die Kavität geführt, um die Oberfläche zu erfassen – der AlphaScan arbeitet dabei mit einer Messrate von mehreren Millionen Punkten pro Sekunde, sodass auch große Werkzeuge in kurzer Zeit vollständig digitalisiert werden.

Die entscheidende Arbeit findet dann im Rechner statt: Anstatt die Punktwolke nur global mit dem CAD-Modell zu vergleichen, wird die Auswertung in Zonen unterteilt. So lässt sich zum Beispiel die Abweichung an der Haupttrennebene getrennt von der Konturverschiebung im Angusssystem beurteilen.

Die farbkodierte Falschfarbendarstellung macht sofort sichtbar, ob die Form durch Werkzeugverschleiß, Nacharbeit oder thermische Verformung außerhalb der Toleranz liegt. Für die Dokumentation wird ein Prüfbericht erzeugt, der jede einzelne Messposition den Vorgaben aus der Erstmusterprüfung gegenüberstellt.

Vom Punktehaufen zum Freigabeprotokoll – wie die Datenkette geschlossen wird

Die eigentliche Stärke eines mobilen 3D-Scans liegt nicht allein im schnellen Erfassen der Geometrie, sondern in der durchgängigen Datenkette. Nachdem die Punktwolke aufbereitet und von Störpunkten befreit wurde, erfolgt der Soll-Ist-Vergleich gegen das native CAD-Modell.

Das kann ein STEP- oder IGES-Datensatz sein, der direkt aus der Werkzeugkonstruktion stammt. Die Software erlaubt es, Prüffunktionen wie Ebenheit, Zylindrizität oder Profilform direkt auf dem Netz abzurufen und in einem Prüfplan zu hinterlegen.

Bei Folgeprüfungen, etwa nach dem Einschuss oder nach einer Wartung, wird derselbe Prüfplan wieder aufgerufen und der neue Scan automatisch mit dem hinterlegten Referenzmodell abgeglichen. So entsteht ein Trendprotokoll, das den Werkzeugzustand über die Lebensdauer dokumentiert.

Für die Werker in der Fertigung bedeutet das: Sie scannen die fragliche Zone, legen das Ergebnis auf den Referenzscan und erkennen in wenigen Minuten, ob ein Einschleifen notwendig ist oder ob die Form noch innerhalb der zulässigen Abweichung liegt.

Die von INSVISION bereitgestellte Softwareumgebung unterstützt diese Vorgehensweise, indem sie nach der Messung automatisch Freigabeberichte im PDF-Format erzeugt, die alle relevanten Kenngrößen und die farbige Abweichungsdarstellung enthalten.

Auf die Schnittstelle kommt es an: was den Scanner für den Werkzeugbau tauglich macht

Ein handgeführter 3D-Scanner für die Formenprüfung muss sich in eine raue Fertigungsumgebung einfügen. Das Gerät sollte ohne externe Kalibrierplatten und ohne aufwändige Temperierung auskommen, weil die Form oft direkt an der Maschine vermessen wird.

Der AlphaScan ist als mobiles System konzipiert, das sich mit wenigen Handgriffen in Betrieb nehmen lässt.

Er arbeitet nach dem Prinzip der strukturierten Lichtprojektion mit blauem Laser und kommt deshalb auch mit wechselnden Umgebungslichtbedingungen zurecht – ein entscheidender Punkt, wenn die Werkhalle nicht abdunkelbar ist.

Die Genauigkeit des Scanners liegt im für die Formenprüfung relevanten Bereich, sodass selbst Passungen und schmale Dichtstege beurteilt werden können, ohne dass die Form auf ein Koordinatenmessgerät verbracht werden muss.

Für Unternehmen, die ihre Werkzeugprüfung von der taktilen Einzelpunktmessung auf die flächenhafte Digitalisierung umstellen, bietet ein solches System den Vorteil, dass die Messergebnisse nicht nur für die Qualitätskontrolle, sondern auch für die Reparaturkonstruktion oder die Reverse Engineering-Abteilung nutzbar sind.

Die Daten aus dem Scan können direkt in CAM-Systeme übernommen werden, wenn eine Kontur nachgefräst oder eine Schweißstelle aufbereitet werden muss.