Wie Messtechnik feinste Werkzeuge überwacht

Warum benötigen faseroptische Steckverbinder höchste Präzision?

Bei faseroptischen Komponenten der Amphenol Precision Optics GmbH entscheidet die Genauigkeit der Bauteile über die Übertragungsleistung. In den Steckverbindern müssen die Enden zweier jeweils neun Mikrometer dicker Lichtwellenleiter exakt aufeinandertreffen. Nur dann lässt sich die volle Leistung der optischen Verbindung erreichen.

Für die präzise Positionierung der Lichtwellenleiter ist in den Steckverbindern eine rund 20 mm lange Metallferrule eingelassen. Sie umfasst die Faser und hält sie in der vorgesehenen Position. Die zylindrische Ferrule besitzt einen Außendurchmesser von 3 mm. In das Bauteil wird zentrisch eine Bohrung mit einem Durchmesser zwischen 50 und 620 Mikrometern eingebracht. Die zulässige Abweichung von der Mitte liegt unter 10 Mikrometern.

„Der Durchmesser der Bohrung entspricht der Dicke der Faser plus 5 Mikrometern, damit die Fasern eingeführt werden können“, erläutert Christoph Werner, technischer Leiter und Prokurist bei Amphenol Precision Optics. „Wir haben Serienstecker, aber eben auch welche für Sonderfasern, dementsprechend viele dieser hochfeinen Bohrer haben wir im Vorrat. Im meistvertretenen Bereich zwischen 100 und 200 Mikrometern haben wir alle Bohrerabstufungen da.“

Die eingesetzten Mikrobohrer sind selbst hochpräzise Werkzeuge. Sie kosten nach Angaben des Unternehmens zwischen 60 und 70 EUR pro Stück und weisen eine Toleranz von bis zu ± 2 Mikrometern auf.

Messtechnik überwacht filigrane Werkzeuge

Bei automatisierten Zerspanungsprozessen ist die Kontrolle dieser empfindlichen Bohrer besonders wichtig. Ein unerkannter Werkzeugbruch könnte die Fertigung beeinträchtigen und die Qualität der Bauteile gefährden. Deshalb kontrollieren kompakte Werkzeugtaster des Typs Z-Pico von Blum die Werkzeuge auf den Drehzentren von Amphenol.

Der Z-Pico arbeitet mit einer Linearführung und ist dadurch frei von Querkräften. Das System eignet sich nach Angaben des Herstellers für die Messung kleiner, empfindlicher oder langer Werkzeuge. Abhängig von Werkzeuggeometrie und Material können Werkzeuge ab einem Durchmesser von 0,05 mm gemessen werden.

Auch in den Fräszentren nutzt Amphenol weitere Messtechnik von Blum. Der Messtaster TC52 übernimmt die Nullpunkterfassung am Werkstück. Lasermesssysteme der Typen Nano NT und Micro Compact NT dienen zur initialen Werkzeugvermessung sowie zur Bruch- und Verschleißkontrolle.

Die Überwachung des Werkzeugverschleißes besitzt dabei eine besondere Bedeutung. Der Fertigungsprozess ist zwar stabil und reproduzierbar, sodass sich der Verschleiß grundsätzlich abschätzen lässt. Dennoch schafft die kontinuierliche Kontrolle zusätzliche Sicherheit für die Fertigung.

Wie werden 440 Mikrobohrungen pro Array kontrolliert?

Zu den Aufträgen von Amphenol gehört die Bearbeitung sogenannter Fiber Arrays. Auf einer Stirnfläche von 10 x 10 mm werden dabei 440 Bohrungen eingebracht. Der verwendete Bohrer besitzt einen Durchmesser von 420 Mikrometern. Die Durchmessertoleranz beträgt ± 5 Mikrometer.

In einer Aufspannung können am Standort Sinn-Fleisbach bis zu vier Arrays gleichzeitig auf der Maschine bearbeitet werden. Der Prozess dauert fünf bis sechs Stunden. Entsprechend wichtig ist es, den Bohrerdurchmesser und den Werkzeugverschleiß während der Bearbeitung zuverlässig zu überwachen.

Die Lasermesssysteme von Blum kontrollieren die Werkzeuge schnell und bei Bearbeitungsdrehzahl. Dadurch lässt sich der Zustand der eingesetzten Mikrobohrer effizient prüfen, ohne den Fertigungsprozess unnötig zu unterbrechen.

Fiber Arrays werden unter anderem in astronomischen Instrumenten eingesetzt. Glasfasern werden in die Arrays eingebracht und fixiert, bevor die Komponenten in Teleskopen verbaut werden. Dort ermöglichen die Fasern die präzise Erfassung des Lichts von Himmelsobjekten und dessen verlustarme Weiterleitung an Spektrografen.

Auf Seite 2 der Pressemitteilung ist ein Fiber Array mit einer Stirnfläche von 10 x 10 mm abgebildet, auf der 440 Bohrungen angeordnet sind. Weitere Aufnahmen zeigen den Z-Pico bei der Werkzeugkontrolle sowie ein Fräszentrum mit einem Blum-Lasermesssystem.

Automatisierung erhöht die Anforderungen

Die Toleranzen in der Fertigung werden nach Angaben von Amphenol enger, während die Anforderungen der Kunden steigen. Teilweise werden Bauteile unter dem Mikroskop auf Verschmutzungen untersucht. Gleichzeitig sollen kontinuierliche Verbesserungen und eine stärkere Automatisierung eine wirtschaftliche Produktion ermöglichen.

Unter diesen Bedingungen sind zuverlässige Messsysteme ein zentraler Bestandteil der Qualitätssicherung. Die Messtaster und Lasermesssysteme kontrollieren die Werkzeuge sowohl bei der Bearbeitung unter Öl in den Fräszentren als auch unter Kühlschmiermittel auf den Langdrehmaschinen.

„Wir können ohne die Messsysteme nicht produzieren – die Blum-Produkte funktionieren einfach, egal ob wir wie auf den Fräszentren unter Öl arbeiten oder wie auf den Langdrehern unter Kühlschmiermittel. Wir haben einen Z-Pico auf einer Maschine seit 2011 im Einsatz und messen nach jeder Mikrobohrung, der Werkzeugtaster funktioniert immer noch wie am ersten Tag“, zieht Christoph Werner ein positives Fazit.

Auch ein Lasermesssystem auf einem Fräszentrum ist laut Werner bereits seit vielen Jahren im Einsatz. „Auf einem Fräszentrum läuft ein Lasermesssystem sogar seit 2003, das ist ebenfalls noch das erste System. Deshalb ist Blum bei neuen Projekten gesetzt – gerade sind wir dabei, eine neue automatisierte Mikropräzisions-Fräszelle zu kaufen, da kommen ein Lasermesssystem LC54-DIGILOG und ein Messtaster TC52 rein und die Software LC-VISION drauf.“

Welche Messtechnik ist für die neue Fräszelle vorgesehen?

Für die geplante automatisierte Mikropräzisions-Fräszelle setzt Amphenol erneut auf Messtechnik von Blum. Vorgesehen sind ein Lasermesssystem LC54-DIGILOG, ein Messtaster TC52 und die Software LC-VISION.

Die neue Ausstattung soll die automatisierte Werkzeugkontrolle und die präzise Fertigung kleinster Bauteile unterstützen. Die Entscheidung knüpft an die bisherigen Erfahrungen des Unternehmens mit den bereits eingesetzten Werkzeugtastern und Lasermesssystemen an.

Amphenol Precision Optics produziert faseroptische Komponenten für Anwendungen in der Medizintechnik, im Bereich Defense sowie für die Datenübertragung in Infrastruktur und Sensorik. Das Unternehmen wurde 1972 gegründet und nahm 1987, damals noch unter dem Namen Euromicron Werkzeuge GmbH, die Produktion faseroptischer Komponenten auf.

Zunächst fertigte das Unternehmen Standardsteckverbinder der EST- und SC-Familie. Mit dem steigenden Bedarf an Präzisionsteilen für Lichtwellenleiter-Verbindungen entwickelte sich der Betrieb zu einem spezialisierten Hersteller der LWL-Branche. Heute beschäftigt Amphenol Precision Optics 55 Mitarbeiter und zählt der Mitteilung zufolge zu den führenden Anbietern faseroptischer Verbindungstechnik in Europa.

Die Informationen stammen aus einer gemeinsamen Pressemitteilung von Blum-Novotest und der betreuenden PR-Agentur.