Warum Ihr nächster Besuch beim Zahnarzt angenehmer sein könnte als erwartet

Reduzierte Vibration von Dentalinstrumenten

Nach der anfänglichen Installation am Institut des KIT wurde das µCMM direkt in die Produktionsumgebung von Dentsply Sirona in den "Shop-Floor" integriert. "Im Rahmen des Projektes ProIQ vermessen wir die Oberflächentopografie von Mikrozahnrädern mit Evolventenprofil im Modulbereich kleiner 0,3. Der Fokus liegt dabei auf den Zahnflanken. Geometrische Parameter werden anschließend aus den erfassten Punktewolken extrahiert. Außerdem leiten wir funktionsorientierte Parameter, wie beispielsweise die Drehwegabweichung, aus den Punktewolken ab", erklärt Vivian Schiller. Möglichst geringe Abweichungen führen etwa zu einer reduzierten Vibration von Dentalinstrumenten – was Zahnärzten und Patienten gleichermaßen zugutekommt.  

Zu beachten sind die Oberflächen der metallischen Bauteile – Stichwort: Reflexionen –, aber auch deren steile Flanken. Vivian Schiller: "Der Zahnfußbereich stellt die größte Herausforderung dar, da die einander gegenüber liegenden Flanken einer Zahnlücke in diesem Bereich zusammenlaufen."

Geringe Messunsicherheit und kurze Messzeiten

Um dafür das passende Messsystem zu finden, wurden im Rahmen der Projektvorbereitungsphase auch andere Systeme in Betracht gezogen. Allgemein spielen im Bereich der Mikroverzahnungsmesstechnik verschiedene Kriterien wie Messgeschwindigkeit, Messunsicherheit, aber auch die Informationsdichte eine entscheidende Rolle. Während taktile Verfahren bereits seit langer Zeit mit geringen Messunsicherheiten eingesetzt werden, stellt speziell die In-Line-Integration aufgrund der filigranen Geometrien eine Herausforderung dar. Volumetrische Messsysteme liefern einen hohen Informationsgehalt und ermöglichen die 3D-Erfassung auch mit Hinterschneidungen, haben allerdings auch eine relativ hohe Messunsicherheit und benötigen längere Messzeiten.

Das µCMM punktete schließlich mit der Fokus-Variation: "Wenn das Werkstückmaterial optisch kooperativ ist und vorliegende Hinterschneidungen keine Ausschlusskriterien sind, bietet die Fokus-Variation berührungslose, flächige Messaufnahmen mit hoher Messpunktdichte", so Vivian Schiller. Bei der Evaluierung der unterschiedlichen Systeme wurde vor allem auf eine kurze Messzeit und geringe Messunsicherheit Wert gelegt. 

Erhöhte Bauteilqualität bei geringerem Ausschuss

Klarer Benefit der Messungen: Auf Basis der In-Line erfassten Messdaten können Norm-Parameter (VDI/VDE 2612) und funktionsbeschreibende Parameter (nach Einflanken-Wälzprüfung VDI/VDE 2608) abgeleitet werden. Auch nachhaltige Qualitätsverbesserungen lassen sich erzielen: Ausgehend von den ausgewerteten Parametern kann der Wälzfräsprozess adaptiv geregelt werden, was eine erhöhte Bauteilqualität bei geringerem Ausschuss bedeutet.   

Künstliche Intelligenz zur Funktionsvorhersage des gesamten Produkts

In Zukunft möchte das Forscherteam des KIT vermehrt auf Künstliche Intelligenz (KI) setzen. Neben der adaptiven Regelung des Wälzfräsprozesses wird eine Methode zur adaptiven Montage von Mikrozahnrädern entwickelt: Basierend auf den Messdaten und den aus den Punktewolken abgeleiteten Merkmalen sollen KI-Modelle die Funktion von möglichen Mikrozahnradpaaren vorhersagen. Daran anschließend kann ein Optimierungsalgorithmus eine individuelle bzw. selektive Montage der produzierten Zahnräder ermöglichen.

In Zusammenarbeit mit dem wbk Institut für Produktionstechnik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) & Dentsply Sirona.