Zweiachsiges Positioniersystem erreicht eine Genauigkeit von ± 2 μm Miniatur-Gantry sorgt für nahtlose Kartographierung von Oberflächen

Zweiachsiges Positioniersystem erreicht eine Genauigkeit von ± 2 μm

Miniatur-Gantry sorgt für nahtlose Kartographierung von Oberflächen

Prototyp des 3D-Flachbettscanners von AKK, der mit einem speziellen Verfahren das Höhenprofil organischer Materialien 3D-fotografisch erfasst
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Mit seinen Laser- und Wachsjet-Graviersystemen sorgt AKK für die naturgetreue Oberflächenstrukturierung von Kunstleder oder Laminat. Um die Prägewalzen herzustellen, werden zuvor die Reliefs der natürlichen Oberflächen mit einem 3D-Flachbettscanner detailgenau erfasst. Zur automatisierten Vermessung der Höhenprofile dient ein hochpräzises Miniatur-Gantry mit Linearmotor von Hiwin.

Für die Entwicklung des 3D-Scanners zur exakten Vermessung von Oberflächenstrukturen musste AKK das Problem der Lichtreflexionen in den Griff bekommen, um verwertbare hochauflösende 3D-Fotografien der Reliefstrukturen zu erhalten.

Der Clou: Anstatt die Oberfläche direkt abzulichten, wird ein dünnes Gelkissen auf das Material gepresst. Das elastische Gelkissen schmiegt sich auch in feinste Vertiefungen, wobei sich an der gegenüberliegenden Oberseite ein exakter Abdruck der Materialoberfläche bildet. Die berechenbaren Reflexionseigenschaften des Gels gestatten es, von den nachgebildeten Strukturen verwertbare Fotografien aufzunehmen.
Dazu wird die abfotografierte Oberseite des Gelkissens aus unterschiedlichen Richtungen mit sechs LEDs beleuchtet, wobei die 3D-Aufnahmen nach dem Prinzip Shape from Shades ausgewertet werden. Das elastische Gelkissen nimmt nach jedem Anpressen wieder seine ursprüngliche Form an und steht für den nächsten Abdruck zur Verfügung.
Um beim späteren Zusammenrechnen der abfotografierten Flächen Nahtstellen zu vermeiden, werden die Aufnahmen des Materials mit einer Überlappung von 10 % angefertigt. Das Positioniersystem des 3D-Scanners verfährt dazu den Gelkissenstempel und das 3D-Kamerasystem nach einem Schachbrett-Muster über das Ausgangsmaterial.
Für das automatisierte Abrastern benötigte AKK eine sehr präzise, wartungsarme Positionierungslösung mit hoher Wiederholgenauigkeit. Die Wahl fiel auf das Minatur-Gantrysystem LMG2C, das im Wesentlichen dem standardisierten Gantry-Modell LMG2A mit einseitigem Stützlager entspricht, aber nach Kundenvorgaben noch mit zusätzlichen Endschaltern, einer Kabelführung und einer variierten Bodenplatte angepasst wurde.
„Bei den von uns geplanten Stückzahlen wäre eine aufwendige Eigenentwicklung eines Postioniersystems wirtschaftlich nicht sinnvoll gewesen“, berichtet Bernhard Anker, Produktionsleiter bei AKK. Mit dem gelieferten Gantry-Modell ist er zufrieden: „Als uns das System geliefert wurde, konnten wir sofort loslegen. Es entsprach in allen Punkten unseren Anforderungen. Anpassungen waren nicht mehr nötig.“
Der Verfahrweg bei der gelieferten Ausführung beträgt 300 mm bei der X-Achse und 400 mm bei der Y-Achse, an die Gelkissenstempel und Kamerasystem montiert sind. Die Bewegung des Gelkissens in Z-Richtung wird pneumatisch gesteuert. Die eisenlosen Motoren der mit einem optischen Wegmesssystem ausgerüsteten Linearmotorachsen minimieren die Trägheit und gewährleisten hohe Beschleunigungen ohne Rastmomente. „Allerdings ist die Geschwindigkeit des Gantrysystems für uns nicht ausschlaggebend“, so Anker. „Für uns standen die Präzision, Wartungsfreiheit und die einfache Einrichtung im Vordergrund.“
Hiwin GmbH www.hiwin.de
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