Mikrometergenaues MesssystemHolographie ermöglicht berührungslose Messungen | aleksandarvelasevic
TechnikZahnräder präzise fertigen

Exakte Kontrolle durch Holographie

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Jürgen Frisch

Jürgen Frisch

freier Journalist

Damit Zahnräder Energie effizient übertragen können, müssen die einzelnen Zahnflanken auf den Millimeter genau gefertigt sein. Um eine hundertprozentige Kontrolle der nötigen Zahnradgeometrie zu ermöglichen, entwickelt das Fraunhofer Institut für Physikalische Messtechnik (IPM), zusammen mit Partnern „Holomotion“ - ein berührungslos messendes System.

11. Januar 2018

Zahnradgetriebe sind heute in fast jeder Maschine zu finden. In Fahrzeugen, Windkraftanlagen und Haushaltsgeräten sorgen Zahnräder dafür, dass Kraft und Drehzahl an den jeweiligen Bedarf angepasst werden. Die Zahnflanken sind komplexe Freiflächen. Schon Abweichungen von wenigen tausendstel Millimetern reichen aus, um die Verluste bei der Energieübertragung und die entstehenden Geräusche drastisch zu erhöhen. Im Extremfall kann ein Getriebe gänzlich unbrauchbar werden.

Qualitäts-Kontrollen bisher enorm zeitaufwändig

Um die Geometrie der Zahnflanken mit der nötigen Genauigkeit zu bestimmen, kommen aktuell hauptsächlich Koordinatenmessmaschinen zum Einsatz. Ein hochsensibler Tastkopf vermisst dabei bestimmte Punkte der Zahnflanken. Dieses Verfahren dauert allerdings sehr lange und taugt daher nur für Stichproben. Da die Anforderungen an die Präzision der Zahnradfertigung stetig steigen und Kunden verstärkt einen Nachweis über die Einhaltung der Sollgeometrie fordern, suchen Fertigungsmesstechniker nach Verfahren, die eine hundertprozentige Kontrolle der Zahnflanken-Geometrie ermöglichen.

Das Konsortium des Verbundprojekts „Holomotion“ hat sich zum Ziel gesetzt, die digitale Holographie so weiterzuentwickeln, dass ein System zur hochgenauen Vermessung von Zahnradflanken entsteht, welches die Vorteile der Interferometrie auch auf bewegten Oberflächen nutzt. Projektpartner sind das Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM als Forschungseinrichtung mit dem Schwerpunkt optische Messtechnik, das Unternehmen Frenco als Spezialist für Verzahnungsmesstechnik und ZF Friedrichshafen, ein Autozulieferer in der Antriebs- und Fahrwerktechnik. Die Partner bündeln die technologischen und anwendungsspezifischen Erfahrungen, um ein industriefähiges Messsystem zu entwickeln. Das Projekt läuft bis Januar 2020.

Zeilenweise Aufnahmen mit digitaler Rekonstruktion des Gesamtbildes

Die digitale Holographie ermöglicht mikrometergenaue und schnelle Messungen. Das Verfahren ist zwar etabliert, allerdings besteht die Herausforderung, dass sich das zu vermessende Objekt während des Messvorgangs nicht im Geringsten bewegen darf. Schon eine winzige Verschiebung um einen tausendstel Millimeter macht das Messergebnis unbrauchbar. Diese Einschränkung hat bislang den Einsatz der Holographie bei der Vermessung bewegter Teile verhindert. Im vor kurzem begonnenen Projekt „Holomotion“ umgehen die Wissenschaftler diese Einschränkung, indem sie die 3D-Information zeilenweise aufnehmen. „So werden kürzere Belichtungszeiten möglich“, berichtet Fraunhofer-IPM-Mitarbeiter Andreas Hofman. „Die vollständige Oberfläche der Zahnflanke rekonstruieren wir anschließend über Algorithmen im Rechner.“ Mit diesem patentierten Ansatz werde es möglich, die Flanken von Zahnrädern auch während einer Drehung vollständig zu erfassen. Künftig könne damit die Vermessung der Geometrie von Zahnrädern enorm vereinfacht werden.

Fraunhofer IPM eröffnet sich mit „Holomotion“ ein neues Forschungsgebiet und baut sein Spektrum der Entwicklung optischer Systeme und bildgebender Verfahren zur Analyse von Oberflächen in der Produktion aus. Das Finanzvolumen des Projekts beträgt rund 2,3 Millionen Euro. „Holomotion“ steht zwar noch ganz am Anfang, doch Hofmann zeigt sich optimistisch: „Die ersten Versuche waren sehr vielversprechend, und wir gehen davon aus, dass die Entwicklung zu einem marktreifen Produkt gelingen wird.“