Vergleichende Betrachtungen über Meßgeräte und Maßverkörperungen für die Prüfung von Mehrkoordinaten-Meßgeräten

Vergleichende Betrachtungen uber Meagerate und Maaverkorperungen fur die Prufung von Mehrkoordinaten-Mefigeraten W . Beyer, H. Kunzmann (2). PTB Braunschweig - Submitted by H.-J. Warnecke (1) The t e s t i n g o f s u l t i - c o o r d i n a t e measuring instruments aims a t o b t a i n i n g i n f o r m a t i o n on t h e u n c e r t a i n t y o f measurements c a r r i e d o u t on nachine elements by means o f m u l t i - c o o r d i n a t e measurinq devices. Two methods of i n v e s t i g a t i o n a r e distinguished: t h e t e s t i n g o f components and t h e f u n c t i o n a l t e s t .

I n t h e case o f t h e components t e s t t h e i n d i v i d u a l f u n c t i o n a l u n i t s (components) o f t h e conplete system (coordinate measuring device) a r e t e s t e d separately using a p p r o p r i a t e m a t e r i a l measures and Reasuring procedures. They compromise t h e guides ( t e s t concerning a n g u l a r i t y , straightness. roundness, r e c t a n q u l a r i t y ) 3s w e l l as t h e p o s i t i o n i n g of movable machine p a r t s . Various measuring instruments and methods are s u i t e d f o r t h i s purpose t h e p r o p e r t i e s of which a r e compared w i t h one another.

1

E i n l e i tung, Problems t e l l u n g

D i e KoordinatenmeBtechnik atnd d i e dabei angewendeten MeBgerate gewinnen zunehmend an Bedeutung i n der FertigungsmeRtechnik I 1 I. Dabei dehnt s i c h der Anwendungsbereich auch auf mefltechnische Geb i e t e aus, i n denen man b i s h e r n u r s p e z i e l l e Meflgerate vorgefunden hat. Neben der u n i v e r s e l l e n Anwendbarkeit f u r v i e l e u n t e r s c h i e d l i c h e MeB- und Prufaufgaben der FertigunqsmeBtechnik erwart e t man auch von der Genauigkeit der KoordinatenmeBgerate meBtechnische F o r t s c h r i t t e . Aus dieser Kombination: V i e l f a l t i g k e i t der mogl ichen Anwendung b e i Steigerung der MeDgenauigkei t r e s u l t i e r e n neue Probleme der Mefltechnik, d i e s i c h i n folgenden Fragen zusamnenfassen lassen:

a) P i t welchen MeBgroBen. Kennwerten bzw. q u a n t i t a t i v e n Angaben

und Verkorperungen f u r MaRe und G e s t a l t eingesetzt. I n T a f e l 1 s i n d d i e MeDgerate und MaBverkorperungen f u r d i e E i n z e l f e h l e r messung der KoordinatenrneBgerat-Komponenten a u f g e f i h r t . d i e hauf i g angewendet werden. I n T a f e l 2 s i n d MaBverkorperungen aufgef u h r t , d i e a l s Normale f u r d i e Untersuchung der Gesamtfunktion zur Ermi t t l u n g der MeBunsicherhei t e n der MeOsysteme dienen. Bei der Untersuchung der KoordinatenmeBgerate m i t Peflgeraten und MaBverkorperungen der T a f e l 1 i s t das Tastsystem des Koordinatenmei3gerates n i c h t oder von vernachlassigbarem E i n f l u O i n d i e Untersuchungsergebnisse einbezogen; d. h., daD d i e MaOUbertragungseigenschaften des Gerates n i c h t m i t g e p r u f t werden, sondern auss c h l i e B l i c h d i e Bewegungsvorgange. Dabei handel t es s i c h um:

lassen s i c h d i e meBtechnischen Eigenschaften von KoordinatenmeBgeraten beschreiben? M i t d i e s e r Fragestellung beschaftigen s i c h verschiedene n a t i o n a l e und i n t e r n a t i o n a l e A r b e i t s k r e i s e . b) M i t welchen MeBgeraten, MaBverkorperungen und MeOverfahren konnen i n kurzer Z e i t u n t e r u b l i c h e n Umgebungsbedingungen ausreichend sichere und genaue Aussagen uber d i e Eigenschaften der KoordinatenmeBgerate gewonnen werden? Zu diesem Thema g i b t es genugend Veroffentlichungen, z. B. I 1, 2, 3, 4, 5 I , i n denen jedoch meist nur einzelne Verfahren d a r g e s t e l l t werden ohne daB vergleichende Aussagen angegeben sind. I n dieser A r b e i t s o l l e n e i n i g e MeBverfahren vergleichend b e u r t e i l t werden, d i e b e i der Untersuchung von Koordinatemeageraten i n der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt angewendet werden. 2

MeOtechnische Untersuchungsmethoden (Verfahren)

Bei der meBtechnischen Untersuchung von Mehrkoordinatenmei3gerB;t e n unterscheidet man b i s h e r noch zwischen der Komponentenprufung (Einzelfehlennessung) der Funktionsprufung (Sumnenfehlermessung)

.

und

Unabhangig davon, daB es p r a k t i s c h unmoglich i s t , e i n e konsequente Unterscheidung zu machen. w i r d inzwischen aufgrund der vorliegenden Erfahrungen mehr und mehr davon ausgegangen, dab i n jedem F a l l e i n e s i n n v o l l e Kombination der beiden Prufungsarten f u r e i n e v o l l s t a n d i g e Prufung der Memerate-Eigenschaften notwendig i s t . Dies g i l t umsomehr. w e i l man e b e n f a l l s erkannt hat, daB zur v o l l standigen B e u r t e i l u n g der MeBgerate d i e Eigenschaften des gesamt e n KoordinatenmeDsystems untersucht werden mussen.

d i e Genauigkeit der P o s i t i o n i e r u n g i n den Achsrichtungen. d i e Genauigkeit der Fuhrungen, d i e R e c h t w i n k l i g k e i t der Fuhrungen zueinander. Bei den Untersuchungen der Koordinatenmebgerate m i t MaBverkorperungen aus l a f e l 2 werden das Tastsystem und d i e Auswertesoftware i n d i e Priifungen einbezogen. 2.2

Messen der P o s i t i o n i e r f e h l e r

Der P o s i t i o n i e r f e h l e r i s t d i e gemessene Abweichung der m i t den meOSerateeigenen Meflsystemen angezeigten oder eingefahrenen Pos i t i o n gegeniiber e i n e r zum g l e i c h e n Z e i t p u n k t m i t e i n m a l s r i c h t i g angenomnenen Vergleichsmeflsystem f e s t g e s t e l l t e n P o s i t i o n . T a f e l 1:

MeBgerate und MaDverkorperungen f u r d i e Komponentenprufung (Einzelfehlermessung)

I

MeBgerat e

Pentagonprisma

p h o t o e l e k t r . Mikroskop p h o t o e l e k t r . MeBsystem e l ektro-mechan. Neigungsmesser

StrichnaO

A u t o k o l l i m a t i o n s f e r n r o h r (AKF) m i t P1anspiegel

Polygon

W i nkel nonnale

Das v o l l s t a n d i g e KoordinatenmeBsystem besteht aus: KoordinatenmeBgerat, D i g i t a l rechner m i t Peripherie, Software f u r den B e t r i e b des Systems. Schwerpunkt der b i s h e r i g e n Untersuchunqen b e i Komponentenprufungen i s t das KoordinatenmeOgerat. Demgegenuber w i r d der Konkurrenzkampf der Meflgeratehersteller z. Z. hauptsachlich h i n s i c h t 1i c h der L e i stungsfahigkei t der Software ausgetragen. Besondere Argumente s i n d der Umfang des Programnsystems, einfaches Programnieren. z. B. Lernsteuerung bzw. einfaches mebaschinenfernes Programnieren, g r o k MeO- und Auswertegeschwindigkeiten b e i u b e r s i c h t l i c h e r D a r s t e l l u n g der MeBergebnisse. Q u a n t i t a t i v e Aussagen uber mogliche MeOfehler, d i e aus den gewahl ten MeOstrateg i e n bzw. Auswertealgorithmen r e s u l t i e r e n konnen. s i n d b i s h e r noch zu wenig bekannt geworden. Solange es noch keine Pethoden g i b t , Teileprogramne d i r e k t i n der Form von Einzelkomponentenpriifungen zu testen, s p i e l t h i e r d i e Funktionsprufung des Gesamtsystems e i n e besonders w i c h t i g e R o l l e . Dies g i l t insbesonder e deshalb, w e i l d i e Software i m allgemeinen durch Mabahmen der H e r s t e l l e r unzuganglich i s t . 2.1

MeBgerate und M a k r k o r p e r u n g e n z u r Gerateuntersuchunq

Fur d i e Untersuchungen der KoordinatenmeOgerate werden Merjqerate

Annals of the CIRP Vol. 30/1/1981

MaBverkorperungen

Laser i n t e r f erometer Option: Verschiebungsmssung W i nkelmessung Geradhei tsmessung Laser-Geradhei ts-MeBgera t

elektro-mech. Tastsystem

I

Winkel t e i l t i s c h T a f e l 2:

( Geradhei t s n o m l e ( Winkelleiste ( Rundhei tsnormal Strichkreisteilung

MaBverkorperungen a1 s Normale f u r d i e Funktionsprufung (Summenfehlermessung) von Koordinatenmeflsystemn

Normale von geometri-i Normale von Maschischen Grundelementen nenelementen

I

Prufkorper

-r

Para 1l e l endmafl

Evol ventennormale

StufenendmaB

S t e i gungsnorma 1e

Win k e l endmaD

l e i lungsnormal e

z y l in d r i sche E i ns t e l lnormale Kugel Kegel Quader

Gewi ndenormal e

Verkorperung verschiedener Grund- und Maschinenelemente zu einem Mehrkoordinatennonnal

Zur Z e i t werden diese Messungen p r a k t i s c h nur i n den Koordinatenrichtungen ausgefuhrt. D i e Y e k r g e b n i s s e v a r i i e r e n m i t der Lage der Mebchse i m Meflvolumen. Ohne Angabe der Nebchsen. i n denen

433

d i e Messungen ausgefuhrt wurden, s i n d d i e Angaben der P o s i t i o n s f e h l e r nur von q u a l i t a t i v e r Bedeutung. Gemessen werden 2.2.1

a) Posi t i o n i e r f e h l e r von Langsbewegungen b) P o s i t i o n i e r f e h l e r von Orehbewegungen

Vergleich von MeOverfahren und -geraten f u r d i e Bestimmung der Posi t i o n i e r f e h l e r von GnJsbEegungen -.

Zur Messung der Positionierabweichungen i n den Achsrichtungen der Koordi natenmeBgerate kann das Linear-Laseri nterferometer oder e i n StrichmaBstab m i t p h o t o e l e k t r i s c h e r Abtastung e i n g e s e t z t werden. D i e wesentl ichen Unterscheidungsmerkmale zwischen L a s e r i n t e r f e r o meter und StrichmabeOsystem s i n d i n T a f e l 3 aufgefuhrt. Vergleich der Eigenschaften von MeDgeraten zum Messen 1i n e a r e r P o s i t i o n i e r f e h l e r an KoordinatemOgeraten

Tafel 3:

V e r g l e i c h s k r i terium

Laserinterferometer

StrichmaDstab m i t photoel. Abtastung

Bedienbarkei t

einfach

s e t z t groBe Erfahrung voraus

l e i c h t umrustbar f i i l Messungen i n a l l e n Achsen meOtechn. Eigensc h a ft e n Meabereich

aufwendige Hi 1f s v o r richtungen notwendig

5.10- 6

c

MeDunsicherheit

0.1 um

0.1 ,m ... 1 um ( . . . 3 m)

Kalibrierung

MeDgerate der Kompensationseinrichtung mussen mind. jahrlich kalibriert werden

N

MeDzei t

Vergleich der Eigenschaften von FceDgeraten zur Messung r o t a t o r i s c h e r Posi t i o n i e r f e h l e r an KoordinatenmeBqeraten

Vergleichsk r iterium

Orehgeber

Bedienbarkeit

Hi 1f s e i n r i c h tungen z u r fluchtenden Ausrichtung (elastische Kuppl ung) i s t notwendig

5 1 1

Kal ib r i e r u n g der MaDstabe a l l e 3 b i s 5 Jahre

k o n t i n u i e r l ic t uber 360°

Auflosung

1

Fur k l e i n e MeDlangen konnen d i e MeBsysteme m i t S t r i c h m a k n m i t den Laserinterferometern konkurrieren. StrichmaDe uber 1 m Lange s i n d sehr schwer handhabbar. MaBstabe uber 2 m Lange stehen nur i n Ausnahmefallen m i t ausreichender Genauigkeit zur Verfugung. Deshalb h a t s i c h das Laserinterferometer t r o t z seines r e l a t i v hohen Preises gegenuber dem StrichmaD durchgesetzt.

Winkel -LaserInterferometer

d i skrete S c h r i t t w e i ten: 7 2 f l a c h i g : 50 2 4 f l a c h i g : 15O 12flachig: 30°

begrenz t e r CeRbereich: 300 ( 90")

gegeben durch AKF: 2 0.01"

< 0,Ol"

...

MeAunsicherheit

-c 1"

-< 0 , l "

< 0.1"

Kalibrierungei

2 b i s 5 Jahre

Polygon: 5 b i s 10 Jahre AKF: 2 b i s 5 Jahre

vor jeder Messung

1

5

Spiegelpolygon m i t AKF

meDtechnische Eigenschaften MeDbereich

<

Preis

Tafel 4:

1 < 1 m ( < 2 m) fu; verscfi-iedene MaDstabe notwendig

Lineari t a t

Rustzei t

Winkel-Laserinterferometer bewahrt. H i t Spiegelpolygonen und AKF werden Positionierabweichungen i n S c h r i t t e n von 50 bzw. 150 gemessen. was h a u f i g v o l l i g a u s r e i c h t , da d i e K r e i s t e i l u n g s f e h l e r meistens P e r i o d i z i t a t e n n i e d r i g e r Ordnung haben. I n t e r p o l a t i o n s f e h l e r und Abweichungen der K r e i s t e i l u n q m i t hoheren Ordnungszahlen lassen s i c h m i t dem Winkel-Laserinterferometer i m MeDber e i c h von 300 s i c h e r f e s t s t e l l e n und durch geeignete Auswertung m i t den Spiegelpolygonmessungen kombinieren.

Preisverhal tn is

2

1

:

Ristzeit

1 1

1

:

2

:

MeDzei t

0.2

(Option)

0.5

(0,5)

Bei KoordinatenmeOgeraten hochster Genauigkeit m i t MeDlangen b i s zu etwa 1 m w i r d b e i Untersuchungen manchmal e i n e Kombination von Laserinterferometer und StrichmaD angewendet. Oabei w i r d m i t dem Laserinterferometer d i e GleichmaRigkeit der U n t e r t e i l u n g der YeOgerate-Me!3systeme und m i t dem StrichmaD d i e P o s i t i o n i e r a b w e i chung f u r d i e Gesamtverschiebungslange gemessen. Auf diese Weise konnen d i e V o r t e i l e b e i d e r MeOsysteme optimal kombiniert werden: Das Laserinterferometer b i e t e t m i t seinem WellenlangenmaDstab d i e hohe Auflosung und g r o k GleichmaOigkeit der T e i l u n g b e i konstanten Umwel tbedingungen. ohne dab Luftternperatur, L u f t d r u c k und L u f t f e u c h t e exakt gemessen werden mussen. Das StrichmaD l i e f e r t d i e r i c h t i g e Gesamtlange. ohne daD b e i Temperaturgleichheit von MaDstab und KoordinatermeOgerat deren Temperaturen sehr genau gemessen werden mussen. Hinweis: Haufig kann man i n a h n l i c h e r Weise v o r t e i l h a f t a n s t e l l e d e s c h m a B e s m i t photoelektrischem Mikroskop e i n Parallelendma0 vemenden. Oann i s t jedoch zu berucksichtigen, da6 b e i d e r Messung z u s a t z l i c h e MeDfehler durch Antastunsicherheiten und Posi tioniervorgange senkrecht zur untersuchten MeMchse notwend i g sind. 2.2.2

V e r g l e i c h von ReBverfahren und -geraten f u r d i e P o s i t i o nierabweichungen von Orehungen

D i e Positionierabweichungen eines Winkel t e i l t i s c h e s , d e r insbesondere b e i KoordinatenmeDgeraten z u r Prufung von z y l i n d r i s c h e n Werkstucken (z. B. Zahnrader, Schnecken, Gewinde) sehr v o r t e i l h a f t a l s v i e r t e Koordinate e i n g e s e t z t werden / 6 / kann, mussen m i t einem geeigneten WinkelmeDsystem gemessen werden.

I n T a f e l 4 s i n d d i e MeOgerate an Hand e i n i g e r V e r g l e i c h s k r i t e r i e n aufgefuhrt. F u r d i e Priifung der r o t a t o r i s c h e n Positionierabweichungen von Drehtischen und Orehspindeln von KoordinatenmeDgeraten s i n d b e i zulassigen Mebunsicherheiten b i s ca. 1" inkrementelle Drehgeber g u t geeignet. Dies g i l t besonders dann, wenn h a u f i g g l e i c h a r t i ge WeDgerate zu priifen s i n d und d i e CeDhilfseinrichtunoen s u n d i g z u r Verfugung stehen. Die Messungen konnen l e i c h t rechnergesteuert und vollautomatisch. e i n s c h l i e O l i c h der Auswertung. ablaufen. F u r d i e Prufuno von Drehtischen m i t k l e i n e r e r Mebunsicherheit (u c 0,3") h a t - s i c h d i e Kombination von mehrflachigem Spiegelpolygon (moglichst 2 4 f l a c h i g ) m i t photoelektrischem AKF und

434

Vergleichskriterium

Geradheitslineal m i t Laserinterferometer elektromech. Taster Option: Geradheitsmessung meDt. einfach. z. T . s e t z t Erfahrung v o r groDe Gewichte. aus, e i n f a c h zu Mehrmannbedienung handhaben

Bedienbarkeit

Laser-GeradheitsMeDgerat setzt E r fahrung voraus

meDt. Eigenschaften MeRbereich Auflosung MeBunsi cherheit Kalibrierung

Rustzeit MeDzeit

... 3 m

c 1 m 0,005pm

...

...c

30 m 3 m 0,Ol~m O.l,mm

... 0 , l p m

...

<

...

10 m O.lpm

c 1,umIm

O.Ol,um 1pm lpm/m 2 b i s 5 Jahre 2 b i s 5 Jahre (Sel b s t k a l i b r i e r u n g durch Umschlagmes sungen 1' I : 1 (Option)

:

5 ( . . . 10)

:

1

1

:

1 (...

: 1 : 1 (...3)

I

3)

I

Ein Vergleich der MeDgerate auf i h r e Eignung zur Geradheitsmessung zeigt, dab f u r lange Fuhrungsbahnen Laserinterferometer zur Geradheitsmessung und das Laser-GeradheitsmeOgerat nii teinander konkurrieren konnen, wobei s i c h z. 2. das Laserinterferometer insbesondere i m i n d u s t r i e l l e n Bereich durchgesetzt hat. E i n besonderer Vortei 1 des Laser-Geradhei tsmeBqerates gegenuber den anderen YeBgeraten i s t d i e g l e i c h z e i t i g e MelPnoglichkeit der Geradhei tsabweichungen i n zwei Koordinatenrichtungen. B e i PrazisionsceBgeraten m i t kleinen MeBbereichen wird wegen der groDen Genauigkeit der Geradheitslineale (z. T. Ebenheitsnormale) sehr haufig das verkorperte Normal i n Verbindung m i t dem e l e k t r o mechanischen Wegaufnehmer angewendet. Oer Preis f u r solche Lineale hangt s t a r k ab vom Material (Stahl, Granit, synth. Glas), d m Genauigkeitsgrad, der Gesamtlange sowie davon. ob gleichzeit i g zwei Flachen a l s NeBflachen ausqefuhrt sind ( z . B . entweder p a r a l l e l zueinander oder i m rechten Winkel). 2.3.2

kale MeRachse ( i . a. d i e z-Achse) solange kein Ebenheitsnormal zur Verfugung steht. I n / 10 / i s t e i n MeBverfahren beschrieben, m i t dem dieser Rollwinkel durch eine Kombination von Messungen m i t dem Neigungsmesser und Geradheitslineal m i t zweimaliger Antastung ermi t t e l t w i rd. Tafel 7:

Vergleich von MeDgeraten und Verfahren zur Messung der rotatorischen Fuhrungsfehler

Vergleichsk r i terium

I

MeOgroDe

Geradheitslineal m i t 0ifferenz Taster

-

a l l e Nick-Winkel und Gier-Winkel (Roll -Mi nfur kel a l l e Achsen)

*

Vergleich von MeDverfahren und -geraten zur Messung der Abweichungen von der Rechtwinkligkeit

Bei diesen Yessungen werden meist MeDgerate und Verfahren benutzt, d i e auf denen zur Geradheitsmessung aufbauen und diese er ganzen. I n a l l e n Fallen w i r d d i e Rechtwinkligkeit der Achsen Cep r u f t durch einen Vergleich m i t einer PaDverkorperung fur den 900-liinkel. Bei den optischen MeDverfahren wird der 9O0-Winkel durch e i n Pentagonprism bzw. eine entsprechende Spiegelanordnung gegeben / B I , bei den mechanischen MeDverfahren durch e i n 900-Winkel. I n der PTB wurde e i n weiteres MeDverfahren angewendet,bei den e i n Geradheitslineal i n Kombination m i t einem Winkelt e i l t i s c h verwendet wird I 10 /.

Winkel-Laser-Interferometer

AKF m i t P1anspiegel

Tafel 6:

Vergleich von Memeraten und Verfahren zur Yessung der Abweichunoen von der Rechtwinkligkei t

-

Verg 1e i chskriterium

Laserinter-, Lasergerad. ferometer hei tsmeDge. Option: rat Geradhei t

Winkelleiste

Bedi enbarkeit

einfach und unabhangig vom MeDbereich des MKM

einfach bei kleinen YeBbereichen des MKM

f u r groDe und k l e i n e MeRbereic he

nur f u r kleinere YeBberei che

MeRt. Eigenschaften MeBbereich

Winkel t e i 1 stuck m i t Geradhei t s 1 ineal

MeBunsicherheit

1. abhangig von Unsicherheit der K a l ibrierung der Umlenkeinheit 2 . abhangig von gesamt e r o p t i scher Weg1ange Untere Grenze etwa 0.5"

c 0.2''

Kal ib r i erung

Pentagonprisma: 5 Jahre

Selbstkali brierendes MeDverfahren bei Umschl agmessungen

Preisverha1t n i s

1

:

1

(Pentaprism

Rustzei t

1

MeDzei t

1

2.3.3

I

: :

(1

... 10)

: (0.2

... 20)

1

1 1

(3

(1

... ...

5): 5 2) : (1 ... 4 )

Vergleich von Yebverfahren und -geraten zur Cessung der rotatorischen Fuhrungsfehler

Rotatorische Fuhrungsfehler sind d i e Abweichunaen der Orehbewegungen des bewegten Gerateteiles ( S c h l i t t e n , Pin@ um d i e Raum achsen. Sie werden a l s Nick-Winkel, Gier-Winkel und Roll-Winkel bezeichnet / 1 I .

Yick-Winkel fur alle Rchsen Rollwinkel f u r horiz. Achsen Gierwinkel f u r vert. Achse

Bedienbarkei t

einfach

Zinfach

- 20 m -I: 30'

ca

Erfahrun! i s t notwendig

I n Tafel 6 sind d i e MeBverfahren vergleichend gegenubergestellt. Wahrend d i e optischen Mebverfahren m i t Laserinterferometer bzw. Laser-GeradheitsmeBgerat und Pentagonprisma f u r KoordinatemeBgerate unabhangig von der GroBe der MeBbereiche geeignet sind, sind d i e mechanischen Gerate bei KoordinatemneBgeraten m i t k l e i nem WeDbereich und sehr kleinen PeDunsicherheiten von V o r t e i l . Insbesondere f u r den F a l l , daB e i n W i n k e l t e i l t i s c h a l s 4. Geratekoordinate b e r e i t s vorhanden i s t , kann d i e Messung m i t Geradh e i t s l i n e a l i n Verbindung m i t dem W i n k e l t e i l t i s c h auch unter dem Gesichtspunkt der U i r t s c h a f t l i c h k e i t a l s gute A1 t e r n a t i v e zu der optischen Rethode m i t dem Laserinterferometer angesehen werden.

Flektr. Neigungsmesser

e v t l . 2 Gerate zur Kompensat i o n von Neigungen des Fundamentes bzw. des Gesamtgerates dynami sches Messen m i t Einschrankung

MeBt. Eigenschaften MeDl ange MeDberei ch

-

MeBunsi cherhei t

I0,2"/m

Preisverha1t n i s

2

50 m z 300

:

l(0pt.) :

... 3 ) :10 m 30' y 30' 0.1" . . . 0,5' 0.2" .. . 2" . . . (1

1 (>5) :

1

... 2

2 2 : 1 : 5 Rus t z e i t 3 1 : 1 : 1 MeDzei t l e eines Geradheitslineals e i n Ebenheitsnormal zur f Steht ansi Verfugung, z. B . eine Vierkant-Leiste hoher Q u a l i t a t , so sind auch d i e Rollwinkel f u r a l l e Achsen meBbar. Fur d i e meisten Messungen i n der i n d u s t r i e l l e n MeDpraxis hat das Winkel-Laserinterferometer a l s einfach zu handhabendes HeDgerat fur d i e Nick-Winkel und Gier-Winkel V o r t e i l e gegenuber den anderen MeDgeraten. Erganzend dazu mussen f u r d i e Messung Roll-Winkel um d i e horizontalen Achsen elektronische Neigungsmesser angewendet werden. 2.4

Normale und MeDverfahren f u r d i e Funktionsprufung von

-Koordi - na tenebgeraten

Die i n den l e t z t e n Jahren gewonnenen Erfahrungen bei der Prufung und Anwendung von KoordinatenmeOgeraten i n der i n d u s t r i e l l e n MeBtechnik zeigen, daD es nahezu unntiplich i s t , aus Untersuchungsergebnissen der Einzelkomponenten eindeutig d i e MeBunsicherheit der KoordinatenmeDgerXte bzw. der Gesamtsysteme zu b e s t i m n . Oeshal b werden i n zunehmendem Umfang Messungen an MaDverkorperungen ausgefuhrt. deren Abmessungen aus unabhangigen Messunaen bekannt sind. Die gemessenen Abweichungen i n verschiedenen Lagen der MaBverkorperungen i m MeBvolurnen dienen a l s Grundlage zur Beu r t e i l u n g der Funktion von KoordinatenmeOgeraten. Oer meBtechnisch wichtigste Kennwert i s t d i e GesamtmeBunsicherheit i m MeDvol umen. I n Tafel 8 sind d i e verfugbaren MaBverkorperungen f u r d i e Bestimmung der GesamtmeRunsicherheit von KoordinatenmeDsystemn vergleichend aufgefuhrt (s. auch Tafel 2). Zur Z e i t werden meistens Normale der geometrischen Grundelemente angewendet. Normale von Maschinenelementen und Mehr-Koordinaten-Normale f u r hochste Anforderungen h i n s i c h t l i c h i h r e r Genauigkeit stehen noch zu wenig zur Verfugung. Bekannt geworden sind spezielle Prufkorper von I n s t i t u t e n und Firmen.

'Aelche Normale i m einzelnen am besten geeignet sind. hangt ab vom Automtisierungsgrad und der zu erreichenden Genauigkei t des KoordinatenmeDgerates unter Berucksichtiguna des f u r den Anwender vertretbaren meDtechnischen Aufwandes sowie den Umgebungsbedingungen. Die Erarbeitung nationaler und i n t e r n a t i o n a l e r R i c h t l i n i e n konnte eine Optimierung der einzusetzenden Gerate und Verfahren zum Z i e l haben und eine Vergleichbarkeit der E r gebnisse ermoglichen.

I n Tafel 7 sind d i e MeDgerate m i t ihren Anwendungsbereichen vergleichend aufgefiihrt. M i t keinem der ublichen MeOgerlte konnen a l l e rotatorischen Fiihrungsfehler eines KoordinatemeBgerates gemessen werden. Besonders problematisch i s t d i e Messung des Rollwinkels um d i e v e r t i -

435

T a f e l 8:

V e r g l e i c h von MaBverkorperungen zur Bestimnung der M e b n s i c h e r h e i t von K o o r d i n a t e n m e D g e m .

Vergl e i chsk r iterium

Normale der geometrischen Grundelemente

Maschinene l ementen Normale

Mehr-KoordinatenNormal e

Bedienbarkeit

einfach

spez. MeBhilfs- e i n f a c h m i t t e l notwendig

I

HeBt. Eigenschaften MeBbereich

n i t Einschrankungen verfugbar

MeBunsicherhei t

genbgend k l e i n (3 0.05 um)

Kal i b r i e r u n g

2 b i s 5 Jahre

Preisverha1t n i s

(1

Rustzeit MeBzei t

...

10)

n i c h t imner ge- m e i s t noch n i c h t genugend k l e i n nugend k l e i n b e i qroberen Abmeisungen ( 1 1 0 . 3 m) z. 2. n u r t e i l 2 b i s 5 Jahre weise k a l i b r i e r b a r , Vergl e i c hsmessungen u b l i c h

I

(5

...

10)

(10

... 20)

es l i e g e n noch zu wenig Erfahrungen vor

L it e r a t u r

.:

111

M. Bambach u.a Zur Genauigkeit von ::ehrkoordinatenMeBgeraten und deren Oberprufunq. VOI-2 122 (1980), Nr. 13

/ 2 /

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1 3 1

VDI/DGQ 3441: S t a t i s t i s c h e Prufung der A r b e i t s - und Posi t i o n s g e n a u i g k e i t von Werkzeugmaschi nen. Grundlagen. B e r l i n , Koln: Beuth-Verlag GmbH, 1977

1 4 1

T. P f e i f e r u. K . Bambach: K r i t e r i e n zur Prufung und D e f i n i t i o n systematischer und z u f a l l i a e r Fehler b e i Oreikoordinaten-MeOgeraten. Forschungsbericht des Landes Nordrhein-Westfalen N r . 2856. Opladen: Westdeutscher Verlag, 1979

I 5 1

K. H. Breyer u. K. J. Lenz: Genauigkeit von Dreikoordinaten-YeRgeraten. Werkstatt u. Betrieb, Ed. 112 (1979)

1 6 1

K. Herzog: Zeiss MehrkoordinatemeOtechnik: Hardware Software - Einsatzgebiete. Zeiss Information. 25. Ed., H. 91, 1980

1 7 1

K. Eckold, M. Kochsiek, H.-J. Rademacher: Verfahren zur Ebenhei tsmessung. messtechnik 1/73

/ 8 1

hp-Finnenschrift: C a l i b r a t i o n o f a Machine Tool Laser Measuring System. Hewlett-Packard. Appl. Note 156-4

/

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9 1

-

-

I 10 I

436

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