3D Scanner
Visualisierung von Defekten und Verzug an Kunststoffformteilen
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Tags:
- Kunststoff
Wichtige Punkte im Überblick
- Erfassung von 3D-Daten – Die Modellreihe VL scannt die gesamte Oberfläche in 3D, um Verzug und Oberflächenunregelmäßigkeiten aufzudecken.
- Visualisierung von Defekten – Farbabweichungsdarstellungen im Vergleich zu CAD-Modellen heben lokale Verformungen, Einfallstellen und Schwankungen der Wandstärke auf einen Blick hervor.
- Berührungslose Messung – Macht Vorrichtungen oder Messtaster überflüssig und ermöglicht die präzise Messung von weichen oder freigeformten Kunststoffen ohne Bauteilverformung oder Bedienereinfluss.
- Schnelle, datengestützte Qualitätskontrolle – Schnelles Scannen ermöglicht einen quantitativen Vergleich über Produktionslose hinweg und beschleunigt die Ursachenanalyse und Prozessoptimierung.
- Umsetzbare Ergebnisse – Die Datenausgaben unterstützen Gut/Schlecht-Kriterien, Trendanalysen und den intuitiven Austausch von 3D-Daten, um Korrekturmaßnahmen teamübergreifend voranzutreiben.
Ein häufiges Problem bei Kunststoffformteilen sind Formänderungen wie Verzug. Um das Spritzgießen stabil zu halten, ist eine strenge Kontrolle von Temperatur, Druck, Kunststoffmenge und Einspritzgeschwindigkeit sowie eine Werkzeugkonstruktion erforderlich, die die Schwindung beim Abkühlen ausgleicht. Deshalb ist es wichtig, Verzug schnell zu erkennen, die Ursache zu finden und ein erneutes Auftreten zu verhindern. Eine genaue Messung der Oberflächenform des Teils ist unerlässlich, aber herkömmliche Methoden haben oft Schwierigkeiten, die gesamte Oberfläche zuverlässig zu erfassen.
Der optische 3D-Scanner der Modellriehe VL von KEYENCE ermöglicht die Visualisierung und Quantifizierung von Defekten wie dem Verzug. Dieser Abschnitt stellt die Arten von geometrischen und Oberflächenfehlern vor, die bei Kunststoffbauteilen auftreten, untersucht deren Ursachen, und gibt hilfreiche Tipps, wie Herausforderungen bei der Messung überwunden werden können.
Arten von Defekten bei Kunststoffformteilen
- Verzug und Welligkeit
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Verzug ist ein Maßfehler, bei dem ein Formteil eine gerichtete Verformung oder Durchbiegung von seiner Soll-Geometrie aufweist. Welligkeit beschreibt Oberflächenschwankungen oder sanfte Wellen auf der Bauteiloberfläche.
Diese Defekte resultieren aus mehreren Faktoren während des gesamten Spritzgussprozesses, darunter:- Materialverhalten – Unterschiedliche Schwindungsraten, während der geschmolzene Kunststoff abkühlt und erstarrt
- Prozessparameter – Werkzeugtemperatur, Einspritzgeschwindigkeit, Nachdruck und Kühlzeit
- Bauteilkonstruktion – Geometrie, Wanddickenschwankungen und Strukturmerkmale
- Fertigungsbedingungen – Auswurfkräfte bei der Entformung und innere Eigenspannungen
Einfallstellen
Einfallstellen sind Oberflächenvertiefungen, die sich auf Formteilen bilden, wenn der Kunststoff während des Abkühlens und Erstarrens schwindet. Sie treten auf, wenn nicht genügend Material vorhanden ist, um die volumetrische Schwindung auszugleichen. Dies geschieht oft in dicken Abschnitten oder Bereichen mit unzureichendem Nachdruck.
Wenn die Schwindung unter der Oberfläche statt an der Außenseite auftritt, entstehen Lunker oder innere Einfallstellen – Hohlräume im Inneren des Teils, die die strukturelle Integrität beeinträchtigen, ohne an der Oberfläche sichtbar zu sein.
Ursachen für Defekte bei Kunststoffformteilen
Werkzeugtemperatur
Im Allgemeinen verringert eine niedrigere Werkzeugtemperatur die Wahrscheinlichkeit von Verzug und Verformung. Selbst wenn das Spritzgießen bei einer niedrigen Temperatur durchgeführt wird, können sich Teile, die bei hohen Betriebstemperaturen eingesetzt werden, aufgrund von Nachschwindung verformen. Bei der Einstellung der Werkzeugtemperatur müssen die Einsatzbedingungen berücksichtigt werden. Wenn die Werkzeugtemperatur ungleichmäßig ist, können Verzug und Verformung auftreten.
Einspritzgeschwindigkeit
Verzug und Verformung können auftreten, wenn die Einspritzgeschwindigkeit zu hoch oder zu niedrig ist. Wenn eine Verformung auftritt, passen Sie die Einspritzgeschwindigkeit und die Bedingungen an, um sie zu minimieren.
Kühlzeit
Eine längere Kühlzeit während des Spritzgießens reduziert die Verformung. Wenn der Kühlkreislauf jedoch lang ist, kann es zu einer Zeitverzögerung zwischen der Ein- und Ausgangsseite kommen, was zu Temperaturunterschieden führt, die Verzug und Verformung verursachen können. Um die Verformung zu reduzieren, ist es wichtig, das gesamte Teil im Laufe der Zeit gleichmäßig zu kühlen; dies kann eine Verlängerung der Zykluszeit erfordern.
Einspritz- und Nachdruckzeit
Im Allgemeinen wird die Summe aus Einspritzzeit und Nachdruckzeit länger als die Siegelpunktzeit (die Zeit vom Füllen des Werkzeugs mit flüssigem Kunststoff bis zum Erstarren des Angusses) eingestellt. Wenn diese Einspritz- plus Nachdruckzeit kürzer als die Siegelpunktzeit ist, kann es zu Verformungen kommen. Eine zu kurze Nachdruckzeit kann auch dazu führen, dass Kunststoff aus dem Hohlraum zurückfließt, was zu uneinheitlicher Qualität führt.
Form und Struktur
Verzug und Verformung können auftreten, wenn es Schwierigkeiten mit der Form oder Struktur gibt, wie z. B. eine unzureichende Steifigkeit aufgrund der Rippengeometrie oder eine ungleichmäßige Wandstärke. Ist dies der Fall, ist eine Überprüfung des Designs erforderlich.
Eigenspannung
Eigenspannung kann nach der Verarbeitung zu Verzug und Verformung führen. Selbst wenn die Kunststoffformteile direkt nach dem Spritzgießen einwandfrei aussehen, können sie sich im Laufe der Zeit allmählich verformen.
Grenzen herkömmlicher Systeme zur Messung von Verzug und Welligkeit
Herkömmliche Ansätze zur Messung von Verzug und Oberflächenwelligkeit bei Kunststoff-Spritzgussteilen, einschließlich Messschiebern, Koordinatenmessgeräten (KMGs) und optischen Komparatoren, stellen erhebliche Herausforderungen dar. Diese punktbasierten oder 2D-Messtechniken haben Schwierigkeiten, komplexe dreidimensionale Verformungen über die gesamte Oberfläche eines Teils genau zu erfassen. Darüber hinaus ist der Messvorgang zeitaufwändig, was ihn für die Qualitätskontrolle bei hohen Stückzahlen oder eine schnelle Ursachenanalyse unpraktikabel macht.
Messschieber
Ein Messschieber misst Längen, Außen-/Innendurchmesser und Absatz- oder Lochtiefen: die Messschenkel für Außen-/Innenmessungen und ein Tiefenmaß für Absätze/Löcher. Da sie jedoch auf manuellen, taktilen, punktuellen Messungen beruhen, sind sie zeitaufwändig, bergen das Risiko, das Bauteil zu zerkratzen, und können keine vollständige 3D-Form erfassen.
Koordinatenmessgerät (KMG)
Koordinatenmessgeräte verwenden einen Messtaster, um dreidimensionale Koordinaten (X, Y, Z) auf einem Werkstück zu erfassen, was eine hochpräzise Messung von, Form- und Lagetoleranzen und Merkmalen ermöglicht, die mit Messschiebern nicht bewertet werden können.
KMGs sind jedoch im Grunde punktbasierte Messsysteme. Während die einzelnen Koordinatendaten hochgenau sind, hat dieser Ansatz Schwierigkeiten. Die Erfassung ausreichender Messpunkte, um komplexe Oberflächenverformungen adäquat darzustellen, wird extrem zeitaufwändig, was KMGs für eine umfassende Verzugsanalyse oder Prüfumgebungen mit hohem Durchsatz unpraktikabel macht.
Konturenmessgerät
Konturenmessgeräte verwenden eine Tastspitze, um Oberflächenprofile entlang definierter Bahnen abzutasten und zu messen. Obwohl dieser linienbasierte Ansatz für die Querschnittsanalyse geeignet ist, kann er keine vollständige dreidimensionale Geometrie erfassen, was seine Wirksamkeit einschränkt.
Diese Geräte haben auch Schwierigkeiten mit komplexen Bauteilgeometrien, die Hinterschneidungen oder vertiefte Bereiche aufweisen. Darüber hinaus birgt die taktile Messmethode das Risiko, weiche Kunststoffoberflächen zu zerkratzen, was sie für Teile mit optischen Anforderungen oder empfindlichen Oberflächen ungeeignet macht.
Visualisierung von Verzug und Welligkeit mit 3D-Scan-Technologie
Herkömmliche Messmittel sind durch ihre punkt- und linienbasierten taktilen Methoden begrenzt, die vollflächige Unregelmäßigkeiten bei Kunststoff-Spritzgussteilen nicht adäquat erfassen können.
Die Modellreihe VL von KEYENCE überwindet diese Einschränkung durch berührungsloses 3D-Scannen, das Daten über ein gesamtes Objekt erfasst. Das System liefert eine umfassende Visualisierung und Quantifizierung von Verzug und Welligkeit.
Vorteil 1: Vollflächige Messung in einem einzigen Scan – sofortige Identifizierung von verformten Bereichen
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Die Messung komplexer Spritzgussteile mit Messschiebern, KMGs oder Konturenmessgeräten erfordert die Erfassung zahlreicher einzelner Punkte oder Linien, was ein zeitaufwändiger Prozess ist, der Schwierigkeiten hat, die wahre dreidimensionale Geometrie zu charakterisieren. Diese Messmittel haben langwierige Iterationszyklen: ausgewählte Punkte messen, Ergebnisse auswerten, Formparameter anpassen und wiederholen. Die Optimierung der Formbedingungen wird zu einem langwierigen Trial-and-Error-Prozess.
Die Lösung der Modellreihe VL
Die Modellreihe VL kann die Oberfläche eines Objekts in nur wenigen Augenblicken erfassen. Anstelle von einzelnen Punkten erfasst das System umfassende 3D-Oberflächendaten und visualisiert Abweichungen durch den Vergleich von Scans mit einem 3D-CAD-Modell, wodurch verformte Bereiche auf einen Blick sofort ersichtlich werden.
Praktische Auswirkungen- Schnelle Optimierung – Führen Sie Ebenheitsmessungen an Passflächen durch, um verformte Bereiche sofort zu identifizieren und die Formbedingungen zu korrigieren.
- Schnellere Fehlersuche – Schnelle Diagnose von Montagefehlern bei seriengefertigten Teilen mit vollständigen Oberflächendaten.
- Datengestützte Qualitätskontrolle – Festlegung quantitativer Toleranzen für Verzug und Verformung, was eine Trendanalyse und statistische Prozesskontrolle ermöglicht.
Vorteil 2: Berührungslose Messung von Freiformflächen und komplexen Geometrien
Die Modellreihe VL erfasst Millionen von Datenpunkten in Sekunden und erfasst dabei Freiformflächen und komplexe Formen, die mit taktilen Methoden nicht adäquat gemessen werden können.
Die resultierenden Oberflächendaten können direkt mit CAD-Modellen verglichen werden, um Maßabweichungen über das gesamte Bauteil aufzudecken. Dies hilft Ingenieuren, das Formdesign zu optimieren und Materialschrumpfung und Verformung zu kompensieren.
Vorteil 3: Intuitive Falschfarbendarstellung
Die Identifizierung und Quantifizierung von Verzug und Verformung bei Kunststoffformteilen ist für die Qualitätskontrolle von entscheidender Bedeutung, jedoch erschweren herkömmliche Messmethoden die Visualisierung und teamübergreifende Kommunikation dieser Mängel.
Die Modellreihe VL wandelt 3D-Oberflächenscans in Farbplots um, sodass Sie sofort erkennen können, wo ein Formteil nicht länger der Vorlage entspricht. Da der Farbplot direkt auf dem 3D-Modell liegt, ist es einfach, Fehlstellen zu erkennen und gleichzeitig zu erklären, was angepasst werden muss. Es ist keine präzise Befestigung erforderlich: Legen Sie das Bauteil einfach auf den Objekttisch und das VL-800 registriert das Formteil automatisch für genaue Messungen, was die Einrichtungszeit und die Bedienervariabilität reduziert.
Umfassende Messung von Verzug und Welligkeit praxisnah umgesetzt
Die Modellreihe VL führt berührungslose, präperationsfreie 3D-Oberflächenscans in wenigen Augenblicken durch, sodass Verzug und Welligkeit routinemäßig erfasst werden. Zudem liefern Farbplot-Visualisierungen schnelle Einsichten über Fehlerquellen. Über das Spritzgießen hinaus löst das System Herausforderungen mit Verzug und Verformung bei Metall-, Leiterplatten- und Gummi-/Silikonteilen.
