3D-Scannen von Werkzeugformhohlräumen: Digitale Erfassung tief liegender Konturen im Formenbau
## Der Werkzeugformhohlraum als Messobjekt – Mehr als nur eine Vertiefung Ein Werkzeugformhohlraum ist selten eine einfache Kavität. Gerade im Spritzguss-, Druc
Der Werkzeugformhohlraum als Messobjekt – Mehr als nur eine Vertiefung
Ein Werkzeugformhohlraum ist selten eine einfache Kavität. Gerade im Spritzguss-, Druckguss- oder Gesenkschmiedebau trifft man auf komplexe Geometrien mit Hinterschneidungen, Radienübergängen, Entformungsschrägen und oft spiegelnden, polierten oder erodierten Oberflächen.
Die Werkstoffe reichen von gehärtetem Werkzeugstahl über Aluminium bis hin zu Sintermetallen, und die Bauteilgrößen variieren zwischen wenigen Zentimetern für Mikrospritzgießwerkzeuge und mehreren Metern für große Karosserieformwerkzeuge.
Viele dieser Hohlräume sind tief, schmal oder verwinkelt, mit einem Verhältnis von Tiefe zu Öffnung, das ein manuelles Antasten oder taktiles Messen aufwändig und fehleranfällig macht.
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 dünne Stege, filigrane Kühlkanäle und stark beanspruchte Bereiche, die nach dem Härten oder nach mehreren tausend Schuss auf Verschleiß geprüft werden müssen.
Wer diese Hohlräume digitalisiert, will nicht nur die Ist-Geometrie dokumentieren, sondern sie mit dem Soll vergleichen, das Nachsetzen von Elektroden planen oder den Verschleißfortschritt überwachen.
Die Aufgabe gleicht also eher einem forensischen Blick in einen Mikrokosmos, bei dem jede Abweichung im Hundertstelbereich die Funktion des gesamten Werkzeugs gefährden kann.
Praktischer Ablauf
- Der Werkzeugformhohlraum als Messobjekt – Mehr als nur ei… — Ein Werkzeugformhohlraum ist selten eine einfache Kavität.
- Spielverderber im Messprozess – Reflexionen, Zugänglichke… — Die optische Digitalisierung tiefer Werkzeugformhohlräume wird von mehreren Faktoren erschwert.
- Scanstrategie mit dem AlphaScan – Gezielte Erfassung ohne… — Der AlphaScan-Handheldscanner von INSVISION ist für solche anspruchsvollen Konturen ausgelegt.
- Datenworkflow und Qualitätssicherung – Vom Messpunkt zum… — Nach dem Scannen entsteht eine dichte, ascii- oder stl-fähige Punktwolke, die in der mitgelieferten Software von INSVISION sofort…
Spielverderber im Messprozess – Reflexionen, Zugänglichkeit und Spannsituationen
Die optische Digitalisierung tiefer Werkzeugformhohlräume wird von mehreren Faktoren erschwert. Hochglanzpolierte Flächen, wie sie für fließfähige Schmelzen oder saubere Entformung nötig sind, erzeugen starke Reflexionen und führen bei Laserscannern zu Ausreißern oder Punktwolkenlücken.
Mattierende Sprays können Abhilfe schaffen, sind aber in vielen Werkzeugbauprozessen unerwünscht, weil sie Rückstände hinterlassen und die Oberfläche verfälschen. Erodierte oder feingefräste Oberflächen erscheinen dem Scanner oft als diffuse, misstolerante Bereiche.
Die geometrische Zugänglichkeit ist eine weitere Hürde: Schmale Schieberkanäle, tiefe Düsenbereiche und Hinterschneidungen lassen sich nur mit schlanken, schwenkbaren Messköpfen und in mehreren Aufnahmen erfassen. Nicht zuletzt stellt die Spanntechnik Anforderungen an die Wiederholgenauigkeit der Lage.
Eine unzureichende Fixierung des Werkzeugeinsatzes oder eine thermische Drift während der Messung kann einen Versatz in der Punktwolke erzeugen, der den gesamten Soll-Ist-Vergleich verfälscht.
Die Zeitspanne für die Digitalisierung ist im Werkzeugbau zudem oft knapp bemessen, weil die Maschine nicht stillstehen darf und die Messung zwischen zwei Bearbeitungsschritten oder zwischen Fertigungsaufträgen erfolgen muss.
Scanstrategie mit dem AlphaScan – Gezielte Erfassung ohne Kompromisse
Der AlphaScan-Handheldscanner von INSVISION ist für solche anspruchsvollen Konturen ausgelegt. Er arbeitet mit einem blauen Laserlinienprojektor und mehreren Kameras, die auch bei wechselnden Oberflächeneigenschaften hochauflösende Punktwolken erzeugen.
Die eingebaute Streulichtunterdrückung und die KI-gestützte Signalverarbeitung filtern Reflexionsartefakte heraus, ohne dass die Oberfläche vorbehandelt werden muss. Das ist besonders wertvoll bei polierten Werkzeugstählen, die ohne Mattierung erfasst werden sollen.
Für tiefe Hohlräume wird die Scanstrategie in mehrere Orientierungen aufgeteilt: Die Handeinheit wird um die Öffnungsebene geschwenkt und schrittweise in die Tiefe geführt, während die integrierte Lagesensorik alle Aufnahmen zu einem bruchfreien Gesamtmodell zusammensetzt.
Fehlende Bereiche erkennt die Software in Echtzeit und fordert den Bediener auf, gezielt nachzuscannen. Dabei werden schmale Bereiche mit kleineren Scanfenstern und geringerer Geschwindigkeit aufgelöst, während große Flächen zügig im Überblick erfasst werden.
Die Kalibrierung des Scanners ist nach dem Einschalten sofort verfügbar, sodass kein manueller Aufbau einer externen Temperaturkompensation nötig ist.
Entscheidend ist, dass der Scanner auch bei wechselnden Arbeitsabständen und ungünstigen Winkeln stabile Messwerte liefert – eine Eigenschaft, die bei tiefen Kavitäten mit seitlichen Unterschnitten den Unterschied zwischen einer vollständigen und einer lückenhaften Punktwolke ausmacht.
Datenworkflow und Qualitätssicherung – Vom Messpunkt zum Prüfbericht
Nach dem Scannen entsteht eine dichte, ascii- oder stl-fähige Punktwolke, die in der mitgelieferten Software von INSVISION sofort mit dem CAD-Modell abgeglichen werden kann. Der Wichtigste Schritt ist der flächenhafte Soll-Ist-Vergleich, bei dem Farbkarten die Abweichungen in Echtzeit visualisieren.
So erkennt man sofort, ob eine Formwand zu stark eingefallen ist, ein Schieber zu weit öffnet oder ein Erodierbereich nachgesetzt werden muss. Die Prüfberichte lassen sich automatisiert erstellen und enthalten neben den Abweichungswerten auch Referenzpunkte für die spätere Wiederholungsmessung.
Damit wird aus der einmaligen Digitalisierung ein wiederholbarer Qualitätsregelkreis: Nach dem Korrekturfräsen oder einer Nacharbeit wird der Hohlraum an denselben Referenzpunkten erneut gescannt und der Fortschritt dokumentiert.
Die Software erlaubt zudem die Ausleitung von Schnittdaten für die additive Fertigung von Prüflehren oder für eine Reverse Engineering-Kette, falls das CAD-Modell fehlt oder veraltet ist.
Hangzhou Insvision Technology Co., Ltd.
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