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Neues aus dem Bereich der Koordinatenmesstechnik

17.04.2009
Die PTB präsentiert neuste Entwicklungen zur Messunsicherheitsermittlung für Verzahnungsmessungen, zur Kalibrierung von Lasertrackern und zu Mikro-Prüfkörpern auf der Control in Stuttgart.

Das "Virtuelle Koordinatenmessgerät" geht in die nächste Runde. Nachdem das in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) entwickelte Verfahren erfolgreich in Kalibrierlaboratorien eingezogen ist, ist es nun auch für Verzahnungsmessungen verfügbar.

Beruhend auf Monte-Carlo-Simulationsrechnungen wird direkt nach Durchlauf einer Messung für jeden Messwert eine dazugehörige Messunsicherheit ermittelt. Dadurch erhält man auf schnellem Wege eine Aussage darüber, ob der eingesetzte Messprozess geeignet ist, die geforderten Zahnradqualitäten nachzuweisen.

So können der Fertigungsprozess sicherer gesteuert und Reklamationen oder Fehlerquellen vermieden werden. Die PTB stellt das Verfahren vom 5. bis 8. Mai auf der Control, der internationalen Leitmesse für Messtechnik in Stuttgart, Halle 1, Stand 1313, vor. Lasertracker, also mobile 3D-Koordinatenmessgeräte, werden zukünftig an einer PTB-Referenzwand unabhängig vom Gerätehersteller kalibriert werden können. Das Modellkonzept dieser mehrere Meter großen Wand wird ebenso auf dem Messestand vorgestellt wie monolithische Prüfkörper mit Abmaßen unterhalb einem Millimeter für Koordinatenmessung in der Mikrotechnik.

Koordinatenmessgeräte (KMG) sind in der industriellen Qualitätssicherung weit verbreitet. Sie dienen dazu, Werkstücke hinsichtlich ihrer geometrischen Anforderungen zu prüfen. Um die Eignung eines KMG für eine Messaufgabe zu ermitteln und um vernünftige Produkttoleranzen festzulegen, ist es wichtig, für die Merkmale an einem Werkstück die Messunsicherheit zu kennen. Mit dem Virtuellen KMG lassen sich diese Messunsicherheiten einfach und schnell ermitteln. Das Verfahren beruht auf Simulationsrechnungen, mit denen das messtechnische Verhalten des KMG in einem Rechnerprogramm nachgebildet wird. Das entsprechende Softwaremodul ist direkt in die KMG-Software integriert und liefert mit dem Messprotokoll automatisch die dem Messergebnis zugeordnete Messunsicherheit. Allerdings war dies bisher nur für einfache Geometrien wie Kugeln, Zylinder oder Prismen möglich, nicht für komplexere Geometrien wie Zahnräder.

Nun ist in der PTB-Arbeitsgruppe "Verzahnung und Gewinde" das Virtuelle KMG für Verzahnungsmessungen weiterentwickelt worden. Auch hier wird der Messprozess durch Simulation nachgebildet, wobei alle Einflussfaktoren, die den Messvorgang beeinträchtigen können, berücksichtigt werden: die Temperatur, Geometriefehler des Messgerätes und des Drehtisches, Abweichungen des Tasters, Unsicherheiten bei der Aufspannung des Werkstückes sowie weitere Einflussfaktoren. Der Messvorgang verläuft dabei wie folgt: Einer regulären Verzahnungsmessung folgt die Übergabe der Messpunkte an einen virtuellen Treiber.Diese werden dann - unter Berücksichtigung der Einflussfaktoren - verrauscht und wieder an die Messsoftware zurückgegeben. Mit Hilfe der Auswertesoftware wird die Messunsicherheit durch statistische Auswertung der simulierten Messwerte ermittelt. Der Messvorgang ist also ein virtuelles Experiment, das einem realen nachempfunden ist. Zeitaufwendige manuelle Messungen an einem Werkstück entfallen auf diese Weise.

Im Gegensatz zu KMG sind Lasertracker mobil einsetzbare Koordinatenmessgeräte. Auch sie werden in vielen Bereichen der Industrie genutzt, wie zum Beispiel im Maschinen- und Automobilbau oder auch in der Luft- und Raumfahrt. Große Bauteile werden hiermit bezüglich ihrer Maße und Form geprüft. Derzeit können Lasertracker jedoch noch nicht auf einfache Weise auf ihre messtechnische Leistungsfähigkeit überprüft werden.

Daher wird in der PTB-Arbeitsgruppe "Koordinatenmessgeräte" an einer hochgenauen Referenzwand gearbeitet. An dieser Wand befinden sich bis zu 12 m lange Prüflängen aus kohlefaserverstärktem Kunststoff, die von unterschiedlichen Lasertracker-Standpunkten gemessen werden können. Die Kontrollmessungen an der Referenzwand sind richtlinienkonform in Bezug auf die messtechnische Leistungsfähigkeit der Lasertracker. Anwender und Dienstleister werden auf diese Weise die Möglichkeit haben, unabhängig von Herstellern ihre Lasertracker in der PTB zu prüfen oder auch die Längenmessunsicherheit ihres Systems unter industrieähnlichen Umgebungsbedingungen zu ermitteln.

Mittlerweile sind auch Koordinatenmessgeräte für die Mikrosystemtechnik mit Antastspitzen im Mikrometerbereich auf dem Markt. Sie messen beispielsweise Einspritzdüsen, Zahnräder und Freiformflächen unter einem Millimeter. Zur Kalibrierung dieser Messsysteme hat die PTB monolithische Prüfkörper mit einzigartiger Oberflächenrauigkeit entwickelt und zum Patent angemeldet. Sowohl die Prüfkörper als auch Mustersysteme der Mikrowelt können auf der Messe in 3D-Projektion begutachtet werden.

Von der Makro- bis zur Mikrowelt leistet die PTB damit erneut ihren Beitrag zur Reduzierung der Messunsicherheit und damit zu einer immer präziseren Messtechnik im Einklang mit den zunehmenden industriellen Anforderungen.

Ansprechpartner
Dr.-Ing. Karin Kniel, PTB-Arbeitsgruppe 5.33 "Verzahnung und Gewinde",
Tel.: (0531) 592- 5388, E-Mail: karin.kniel@ptb.de
Dr.-Ing. Klaus Wendt, PTB-Arbeitsgruppe 5.32 "Koordinatenmessgeräte",
Tel.: (0531) 592-5323, E-Mail: klaus.wendt@ptb.de
Dr. Bernhard Smandek, Technologietransfer, Tel.: (0531) 592-8303,
E-Mail: bernhard.smandek@ptb.de

Erika Schow | idw
Weitere Informationen:
http://www.ptb.de/

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