Het Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT heeft een inter-ferometrische afstandssensor ontwikkeld, die de geometrische eigenschappen van assen, zoals een nokkenas of krukas, met een absolute nauwkeurigheid van sub micrometers kan vaststellen. De compacte sensorkop ‘bd-1’ kan probleemloos worden geïntegreerd in een as-meetmachine en neemt behalve de geometrische kenmerken ook de oppervlakteruwheid op.
In alle verbrandingsmotoren worden krukassen, aandrijfassen en nokkenassen gebruikt. De auto-industrie heeft zeer hoge eisen voor de productie nauwkeurigheid en oppervlakte eigenschappen van deze assen. Nokkenassen bedienen met een nauwkeurigheid van microsecondes het tijdstip van de klepopening, synchroon aan de zuigerbeweging. De kleinste productiefout 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.
Momenteel gebruiken de as-meetmachines gevoelige afstand-sensoren en laser- triangulatiesensoren, die de diverse kenmerken van 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.
Bi-directioneel heeft voordelen
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 de 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, waarvan het opnemen met 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.
Voor 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. ‘bd-1’ 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 werktuigenmachine.
