Koordinatenmessgerät

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Konventionelles Koordinatenmesssystem in Portalbauweise

Ein Koordinatenmessgerät beruht auf dem Prinzip der Koordinatenmesstechnik und beinhaltet ein zur Messung räumlicher Koordinaten geeignetes Messsystem. Es besteht aus einem Messkopfsystem (schaltender oder messender Sensor), dessen Messbereich durch ein Verfahr- bzw. Positioniersystem mit inkrementeller Weg- oder Winkelsensorik erweitert wird. Darüber hinaus sind weitere Soft- und Hardwarekomponenten zur Auswertung der erfassten Koordinatenwerte, zur rechnerischen Korrektur systematischer Messabweichung und zur Steuerung der Verfahrachsen erforderlich.

Grundprinzip und Anwendungsgebiete[Bearbeiten]

Hauptartikel: Koordinatenmesstechnik

Grundbauarten[Bearbeiten]

Ein Koordinatenmesssystem verfügt über ein CNC-gesteuertes Positioniersystem oder ein handgeführtes Verfahrsystem, mit dem das Messkopfsystem (Sensor) und das Messobjekt in ihrer räumlichen Lage relativ zueinander bewegt werden, um die jeweiligen Messpunkte zu erfassen[1]. Jeder Verfahrachse des Positioniersystems ist mindestens ein Längenmesssystem zugeordnet, das die jeweilige Position mit feiner Auflösung misst. Einzelne Sensormesspunkte können aufgrund der bekannten Positionen der Positioniereinheit somit in ein gemeinsames Koordinatensystem transformiert und miteinander verknüpft werden.

Üblicherweise dienen als Längenmesssysteme zur relativen Positionsbestimmung der Achsen inkrementale Längenmesssysteme mit elektronischer Messwerterfassung und mit Maßverkörperungen auf materieller (z. B. Glasmaßstab) oder optischer (z. B. Laserinterferometer) Basis.

Der Messbereich und das Gerätekoordinatensystem werden durch die Verfahrachsen und deren Führungen, Antriebe und inkrementale Messsysteme festgelegt. Koordinatenmesssysteme konventioneller Bauart besitzen ein kartesisches Gerätekoordinatensystem. Koordinatenmesssysteme, deren Führungen ein Zylinder- oder Kugelkoordinatensystem aufspannen, sind aber ebenfalls verbreitet und arbeiten mit einer Kombination aus inkrementaler Weg- und Winkelsensorik.

Konventionelle Bauweise – kartesisches Gerätekoordinatensystem[Bearbeiten]

Die am häufigsten eingesetzten „klassischen“ Geräte sind kartesisch rechtwinklige Koordinatenmesssysteme. Die orthogonalen Führungen spannen ein kartesisches Koordinatensystem auf. Wesentliche Bau- und Funktionsgruppen eines kartesischen Koordinatenmessgerätes sind:

Offene Lagerung eines Koordinatenmesssystems. a) Inkrementeller Maßstab, b) Luftlager, c) Führungsbahn aus Granit
  • Messtisch: meist Hartgestein
  • Maßverkörperungen für die einzelnen Achsen: z. B. fotoelektrisches inkrementales Längenmesssystem mit Zerodur-Maßstäben (geringer thermischer Ausdehnungskoeffizient).
  • Lagerung der einzelnen Achsen: z. B. aerostatische Lager (Luftlager) zur Realisierung einer geringen Reibung zwischen den einzelnen beweglichen Komponenten. Führungsbahnen aus Hartgestein (Granit).
  • Antrieb: z. B. wird bei CNC-gesteuerten KMGs die Bewegung der Achsen durch elektrische Antriebe (inkl. Getriebe und schwingungsdämpfende Elemente) in einem geschlossenen Regelkreis realisiert. Aufgabe des Antriebssystems ist nur die Bewegung der Achsen, nicht das Bereitstellen der Information über die Position der Achsen. Diese Aufgabe wird vom Längenmesssystem übernommen, welches die aktuelle Position an den Steuer- (zur Positionierung) und Auswerterechner (zur Berechnung der angetasteten Koordinatenwerte) übermittelt.
  • Mess- und Tastsysteme: siehe Abschnitt Sensoren
  • Steuer- und Auswerterechner: Zur Steuerung des Messablaufs und der Verfahrbewegungen, zur Regelung der Position oder Trajektorie (z. B. Variation der Verfahrgeschwindigkeit), zur Manipulation der gemessenen Werte hinsichtlich einer rechnerischen Korrektur systematischer Messabweichungen (mit Hilfe zuvor bestimmter Kalibrierwerte) und hinsichtlich der Transformation der Koordinatenwerte sowie der Auswertung der Messpunkte gemäß dem zugeordneten Geometrieelement.
Prinzipieller Aufbau eines konventionellen kartesischen Portalkoordinatenmessgerätes: 1 - Antrieb für X–Achse ; 2 - Ablesesystem für X–Achse ; 3 - Maßverkörperung für X–Achse; 4 - Taster; 5 - 3D–Tastkopf; 6 - Lagerung für Y–Achse; 7 - Anzeige; 8 - Steuer– und Anpasselektronik; 9 - Steuerpult; 10 - Werkstückaufnahme; 11 - Gerätebasis

Gemäß DIN EN ISO 10360-1:2003[1] unterscheidet man folgende Grundbauarten zur Realisierung von drei zueinander rechtwinklig beweglichen Führungen:

  • Auslegerbauweise: Ein Auslegerarm, an dem das Messkopfsystem befestigt ist, ist in vertikaler Richtung beweglich. Zwei weitere Achsen sind jeweils senkrecht zueinander in horizontaler Richtung beweglich. Die horizontale Bewegung kann entweder durch einen beweglichen Tisch oder bei einem feststehenden Tisch durch bewegliche Aufbauelemente des Auslegers realisiert werden. Meist wird diese Bauweise für Messgeräte mit kleinem Messbereich, aber sehr guter Messgenauigkeit eingesetzt.
  • Brückenbauweise: Die beweglichen Achsen und der Aufspannbereich sind voneinander getrennt. Die in horizontaler Richtung bewegliche Brücke trägt die Pinole mit dem Messkopfsystem, welche in horizontaler Richtung entlang der Brücke und in vertikaler Richtung bewegt werden kann. Koordinatenmessgeräte in Brückenbauweise ermöglichen einen großen Messbereich und damit das Erfassen sehr großer Werkstücke bis hin zu ganzen Fahrzeugen oder Komponenten aus dem Flugzeugbau.
  • Portalbauweise: An dem Portalquerbalken ist die das Messkopfsystem tragende Pinole (vertikale Bewegung) angeordnet, welche in horizontaler Richtung entlang des Portalquerbalkens beweglich ist. Das Portal ist mit zwei Füßen an den Rändern des Gerätetisches gelagert und in horizontaler Richtung entlang des Gerätetisches beweglich. Ebenfalls sind Bauweisen mit feststehendem Portal und beweglichen Gerätetisch verbreitet. Koordinatenmesssysteme in Portalbauweise bieten geringe Messabweichungen bei gleichzeitig guter Zugänglichkeit und ausreichend großem Messbereich. Sie stellen daher die häufigste Bauweise dar. Üblich ist ein Messbereich von etwa 1 m³.
  • Ständerbauweise: Bei einem Koordinatenmesssystem in Ständerbauweise mit Horizontalarm ist die Pinole mit dem Messkopfsystem in horizontaler Richtung beweglich, welche entlang eines Ständers (auch Säule genannt) in vertikaler Richtung bewegt werden kann. Die zweite horizontale Bewegung kann durch Verfahren des Ständers entlang des Messtisches oder durch einen beweglichen Tisch realisiert werden. Diese Bauweise wird häufig zur Messung von Karosserien und großen Blechbauteilen genutzt, da drei Seiten des Messbereichs frei zugänglich sind.

Unkonventionelle Bauart – Zylinder- oder Kugelkoordinatensystem[Bearbeiten]

Koordinatenmesssysteme unkonventioneller Bauart messen in Zylinder- oder Kugelkoordinaten. Hierzu zählen Lasertracker, Gelenkarmmessgeräte[2] und Röntgen-Computertomographie.

Unkonventionelle Bauart – Mikro- und Nanokoordinatenmesssysteme[Bearbeiten]

Zur Reduktion der Messabweichungen - verursacht durch zufällige und systematische rotatorische Führungsabweichungen - werden bei Mikro- und Nanokoordinatenmessgeräten unkonventionelle Anordnungen der Längenmess- und Antriebssysteme eingesetzt. Durch Realisierung des abbeschen Komparatorprinzips in mehreren Messachsen, den Einsatz von laserinterferometrischen Längenmesssystemen und einer Parallelmetrologie, welche alle Positionswerte direkt an dem in allen drei Achsen beweglichen Sensor oder der in allen drei Achsen beweglichen Plattform mit dem Messobjekt misst, lassen sich die Messabweichungen und Messunsicherheiten signifikant reduzieren.

Erweiterungen[Bearbeiten]

Durch den Einsatz eines zusätzlichen Drehtisches oder einer Dreh-Schwenk-Einrichtung können auch ungünstig gelegene Messelemente angetastet werden. Mit derartigen Erweiterungen kann das Werkstück in ein oder mehreren Achsen rotiert werden. Die veränderte Position des Werkstücks wird bei der Berechnung und Transformation der gemessenen Koordinatenwerte in das Werkstückkoordinatensystem berücksichtigt. Alternativ oder zusätzlich werden auch Dreh-Schwenk-Einrichtungen für die Sensoren eingesetzt.

Sensoren[Bearbeiten]

Sensoren für Koordinatenmessgeräte – Gliederung nach der Funktionsweise (aus Gründen der Anschaulichkeit sind die im Grunde den Triangulationsverfahren zuzuordnenden Kontrastverfahren separat aufgeführt; elektrisch antastende Sensoren fehlen).

Koordinatenmesssysteme können mit schaltenden und messenden Sensoren ausgestattet sein. Schaltende Sensoren liefern beim Aufnehmen eines Messpunktes lediglich ein Triggersignal, welches das Auslesen der Längenmesssysteme initiiert. Messende Sensoren haben hingegen intern einen eigenen Messbereich von wenigen Millimetern. Der intern gemessene Sensorwert wird dabei mit der von den Längenmesssystemen bestimmten Position des Sensors überlagert.[3]

Sensoren für Koordinatenmesssysteme kann man ebenfalls hinsichtlich ihres physikalischen Prinzips unterteilen. Bis in die 90er Jahre waren taktile Sensoren die meist genutzten Antastsensoren bei Koordinatenmessgeräten. Mit verbesserter Sensortechnik, leistungsfähigerer Rechentechnik und gestiegenen Anforderungen werden heutzutage vermehrt auch optische, opto-taktile und Röntgen-Sensoren eingesetzt. Eine Übersicht über Sensoren in Koordinatenmesssystemen ist ebenfalls in [3] gegeben.

Um die Universalität von Koordinatenmesssystemen zu steigern, können auch mehrere unterschiedliche Sensorprinzipien in einem Koordinatenmesssystem vereint werden. Diese Koordinatenmesssysteme werden Multisensorkoordinatenmesssysteme genannt.

Da es mit einem einzigen Sensor bzw. Taster nicht möglich ist alle Messaufgaben zu lösen, ist es bei den meisten Koordinatenmesssystemen möglich diese auszutauschen. Mit Tasterwechseleinrichtungen kann der Wechsel in den automatischen Messablauf eingebunden werden.[4]

Mechanische (taktile) Antastung[Bearbeiten]

Messtaster mit Rubinkugel als Messspitze

Messkopfsysteme mit taktilen Sensoren werden in schaltende Systeme (z. B. basierend auf dem elektro-mechanischen Prinzip) und messende Systeme (z. B. mit induktiv oder kapazitiv messenden Sensoren) unterteilt.

Die Antastung auf der Werkstückoberfläche wird durch Messtaster durchgeführt. Je nach Messaufgabe können hierfür unterschiedliche geometrische Formen des Tastelementes (meist Kugeln) und Materialien (oft Industrierubin, Hartmetall, Siliziumnitrid) eingesetzt werden.

Da bei der Antastung eine Messkraft in der Größenordnung von 0,01 N bis 0,2 N wirkt, biegt sich der Taststift, was bei der Messung berücksichtigt werden muss. Die Biegung des Taststiftes wird beim Einmessen der Taster (Taststiftkalibrierung, Tasterqualifikation) berücksichtigt und bei den folgenden Messungen automatisch korrigiert. Zusätzlich wird beim Einmessen des Tasters der Durchmesser bestimmt und bei mehreren Tastelementen der Bezug zueinander hergestellt (z. B. bei Sterntaster die Abstände der Mittelpunkte der Tastkugeln zueinander). Das Einmessen des Tasters erfolgt an einem sehr genauen Kugelnormal (Formabweichung < 0,2 µm), das mit jedem verwendeten Taster an mindestens fünf oder mehr Punkten entsprechend einer vom Gerätehersteller definierten Einmessstrategie angetastet wird.

Das punktweise Erfassen der Werkstückoberfläche ist ihrem Wesen nach vergleichbar mit dem Ziehen einer Stichprobe aus der unendlich großen Gesamtheit aller Oberflächenpunkte. Die Bereiche zwischen den aufgenommenen Messpunkten werden nicht erfasst und infolgedessen bei der Auswertung nicht berücksichtigt. Je mehr Messpunkte aufgenommen werden, desto mehr Informationen über die Oberfläche des Werkstückes werden erfasst und in die Auswertung einbezogen (der Umfang der Stichprobe wird größer). Das Antasten einzelner Punkte erfordert bei großen Messpunktzahlen erhebliche, meist nicht akzeptable Messzeiten.[5]

Beim Scannen wird die Tastkugel mit Hilfe besonderer Steuerfunktionen berührend entlang der Oberfläche des Werkstücks bewegt. Während der Bewegung werden laufend Messwerte übernommen. Neuere Geräte lassen hohe Scanning-Geschwindigkeiten zu, mit denen wie bei der Formmesstechnik sehr große Messpunktzahlen in geringer Messzeit erreicht werden können. Dies kann zu einer erhöhten Aussagesicherheit führen, obwohl die Einzelpunkt-Unsicherheit beim Scannen deutlich größer ist als beim Antasten einzelner Punkte. Das Scannen gewinnt daher gegenüber dem Einzelpunkt-Betrieb immer mehr an Bedeutung.[5]

Normen und Richtlinien, welche direkt auf die taktile Antastung bei Koordinatenmessungen eingehen, sind DIN EN ISO 10360-4:2002[6], DIN EN ISO 10360-5:2010[7] und VDI/VDE 2617 Blatt 12.1[8].

Berührungslose Antastung[Bearbeiten]

Zur berührungslosen Antastung können optische, elektrische und röntgentomographische Sensoren eingesetzt werden. Prinzipiell kann jeder elektrische oder optische Sensor in Koordinatenmesssystemen eingesetzt werden, um dessen Messbereich mit Hilfe des Positioniersystems zu erweitern.

Optische Abstandssensoren

Elektrische Abstandssensoren

Röntgentomographische Sensoren

Normen und Richtlinien, welche auf die berührungslose Antastung bei Koordinatenmessungen eingehen, sind DIN EN ISO 10360-7:2011[9], DIN EN ISO 10360-8:2012[10], VDI/VDE 2617 Blatt 6.1[11] und VDI/VDE 2617 Blatt 6.2[12].

Weiterentwickelte Gerätetechnik[Bearbeiten]

Multisensorkoordinatenmessgeräte – Messen mit mehreren Sensoren[Bearbeiten]

Multisensorkoordinatenmessgerät mit a) Bildverarbeitungssensor, b) taktil-optischem Taster und c) taktilem Taster

Eine besonders hohe Universalität wird durch die Kombination mehrerer unterschiedlicher Sensoren in einem Koordinatenmessgerät erreicht. Für jedes zu messende Merkmal kann der optimale Sensor ausgewählt werden. Die Messergebnisse der unterschiedlichen Sensoren liegen in einem gemeinsamen Koordinatensystem vor. Hierfür wird die Position der Sensoren vorab zueinander eingemessen. Dies ermöglicht es, die Ergebnisse verschiedener Sensoren zu kombinieren, um Merkmale zu messen, die mit einem Sensor allein nicht oder nur schlecht messbar sind.

Die verschiedenen Sensoren werden entweder an einer Wechselschnittstelle an der Pinole des Koordinatenmessgerätes befestigt und im Messablauf nacheinander automatisch eingewechselt (Sensorwechsler), oder sind dauerhaft an der vertikal positionierbaren Pinole nebeneinander angeordnet. Durch Geräte mit mehreren Pinolen, die eine getrennte vertikale Positionierung der einzelnen Sensoren zulassen, ist das Kollisionsrisiko verringert. Ebenso werden Sensoren auch mittels Rückzugsachsen an der Pinole befestigt und nur bei Bedarf ausgefahren, wodurch sich Kollisionen vermeiden lassen.

Normen und Richtlinien mit direktem Bezug zu Koordinatenmesssystemen mit Multisensorik sind DIN EN ISO 10360-9:2011[13] und VDI/VDE 2617 Blatt 6.3[14].

Röntgen-Computertomographie[Bearbeiten]

Neben taktilen und optischen Sensoren, welche abgesehen von der Schichtdickenmessung stets die Außengeometrie erfassen, kann das Verfahren der Röntgen-Computertomografie angewendet werden, um zusätzlich zur Außengeometrie auch die Innengeometrie eines Werkstücks zu messen. Beim Messen mit diesen Sensoren wirken zahlreiche Einflüsse (Ringartefakte, Taumelartefakte, Kegelstrahl-/Feldkamp-Artefakte, Strahlaufhärtung, Teil- oder Partialvolumenartefakte[15]), welche die Genauigkeit des Messergebnisses beeinflussen. Durch den Einsatz zusätzlicher taktiler Sensoren, können systematische Messabweichungen der Tomografie teilweise korrigiert werden[16]. Da während der Tomographie ein Bauteil immer vollständig durchstrahlt werden muss, ist der Einsatz für massive Bauteile oder für Bauteile mit stark unterschiedlichen Absorptionskoeffizienten (wegen nichtdurchstrahlte und überstrahlte Bereiche) eingeschränkt.

Richtlinien mit direktem Bezug zu Röntgen-Computertomographie für Koordinatenmessungen sind VDI/VDE 2617 Blatt 13[17] und VDI/VDE 2630 Blatt 1.1[18], 1.2[19], 1.4[20] und 2.1[21].

Während Koordinatenmesssysteme basierend auf der Röntgen-Computertomografie für den industriellen Einsatz kommerziell verfügbar sind, befinden sich industrielle Koordinatenmesssysteme basierend auf Ultraschall-Computertomografie (USCT) und Neutronen-Computertomografie (NCT) noch im Forschungsstadium.

Lasertracker[Bearbeiten]

Siehe Tracking-Interferometer. Normen und Richtlinien mit direktem Bezug zu Lasertrackern für Koordinatenmessungen sind DIN EN ISO 10360-10:2012[22], VDI/VDE 2617 Blatt 10[23] und VDI/VDE 2617 Blatt 10.1[24].

Indoor-GPS (Global Positioning System)[Bearbeiten]

Siehe Indoor-Ortung.

Maschinenintegrierte Messtechnik[Bearbeiten]

Werkzeugmessgeräte sind spezialisierte Messgeräte für die Prüfung, Einstellung, Ausrichtung und Justage von spanenden Werkzeugen. Es gibt verschiedene Varianten, deren Auslegung den Anforderungen der Spezialisierung entsprechen.

Für das Fertigungsverfahren Fräsen, also für rotierende Werkzeuge wie Spiralbohrer oder Messerköpfe sind nur zwei Längsachsen (Werkzeughöhe und -breite) und eine Drehachse zur Prüfung der Werkzeuglänge, des Werkzeugdurchmessers und des Rundlaufs erforderlich.
Anstelle eines Messsensors für eine Kontaktmessung an einer Oberfläche tritt bei Werkzeugmessgeräten meist ein in zwei Achsen verfahrbarer Tageslichtprojektor, der auf einem großen Projektionsschirm mit Fadenkreuz den Schattenwurf oder das Profil des Werkzeuges abbildet. Bei der Messung wird die Projektionseinheit so verfahren das der Rand oder eine Ecke des Werkzeugs im Fadenkreuz liegt. Aus dem Verfahrweg ergibt sich die Werkzeuglänge oder der -durchmesser. Durch Ausrichtung auf dem Fadenkreuz und anschließende Drehung kann weiter der Rundlauf geprüft und so lange korrigiert werden, bis die Drehung keine Abweichung des Schattenrands auf dem Fadenkreuz zeigt.

Werkzeugmessgeräte für spanende Werkzeuge für das Fertigungsverfahren Drehen kommen formal mit zwei Achsen aus, besitzen aber meist drei, um auch die Höhe der Werkzeugschneide (für das sogenannte "Drehen über oder unter Mitte") in Bezug der Werkzeugaufnahmeebene zur Drehachse an der Drehmaschine prüfen zu können.

Ursachen und Maßnahmen zur Reduzierung von Messabweichungen[Bearbeiten]

Bei jeder Messung bestehen Abweichungen zwischen dem vom Messgerät angezeigten Messwert und dem tatsächlichen Wert der geometrischen Größe (Referenzwert). Diese Messabweichungen können unterschieden werden in zufällige und systematische Messabweichungen. Bei Koordinatenmesssystemen werden viele konstruktive und rechnerische Maßnahmen angewendet, um Messabweichungen gering zu halten. Während man systematische Messabweichungen rechnerisch korrigieren kann, machen zufällige Messabweichungen das Messergebnis unsicher. Genormte Verfahren zur Ermittlung der Mess- und Testunsicherheit von Koordinatenmesssystemen werden in DIN EN ISO 15530-3:2011[25], VDI/VDE 2617 Blatt 7[26], VDI/VDE 2617 Blatt 11[27] und in DIN ISO/TS 23165:2008[28] vorgestellt.

Einflüsse, die zu Messabweichungen bei Koordinatenmessungen führen können (Zahlen = Gewichtung der Einflüsse)

Wichtige Ursachen von Messabweichungen bei Koordinatenmessgeräten sind:

  • Umgebungsbedingungen: Temperatur (Temperaturschwankungen, -gradienten, -strahlung), Schwingungen, Feuchte, Schmutz
  • Werkstück / Messobjekt: Formabweichungen, Mikrogestalt (Rauheit), Werkstoff (E-Modul bei taktiler Antastung), Reflexionsgrad (bei optischer Antastung), Abmessungen / Gewicht, Temperatur, Nachgiebigkeit (z. B. filigrane Strukturen), Sauberkeit
  • Messgerät: Konstruktiver Aufbau, Führungsabweichungen, Tastsystem, Antastkraft und -richtung, Mess- und Auswertesoftware
  • Messstrategie: Antastmodus, Anzahl und Verteilung der Messpunkte, Messablauf, Auswertekriterien, Filter
  • Bediener: Sorgfalt, Aufspannung, Tasterkonfiguration, Tasterkalibrierung, Überwachung des KMG

Konstruktive Maßnahmen gegen temperaturbedingte Messabweichungen[Bearbeiten]

  • Präzise gefertigte Führungskörper mit guten thermischen Eigenschaften.
  • Pinole und Traverse des Portals aus Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit (z. B. Aluminium). Die hohe Wärmeleitfähigkeit verkürzt die Anpassungszeit zur Wiederherstellung der Genauigkeit nach Temperaturschwankungen.
  • Einhalten der international vereinbarten Bezugstemperatur von 20 °C durch klimatisierten Messraum, Temperieren der Messobjekte und Vermeidung einer Temperaturänderung am Messgerät (thermische Isolation des Geräteaufbaus; Vermeidung direkter Handwärme durch Thermohandschuhe, Vermeidung von Strahlung durch Beleuchtung und Sonne usw.)
  • Maßstäbe aus Materialien mit minimalem thermischem Ausdehnungskoeffizient
  • Temperaturüberwachung des Messraumes, des Messbereichs, des Messobjektes und von Messsystemelementen

Konstruktive Maßnahmen gegen Vibrationen[Bearbeiten]

  • Um den Schwingungseintrag aus der Umgebung auf die messtechnischen Einrichtungen zu reduzieren, kann als Fundament, auf dem alle messtechnisch relevanten Einrichtungen stehen, eine massive Betonplatte dienen, die ihrerseits durch ein Kiesbett und eine isolierende Dämpfungsschicht (spezielles Polymer) vom Boden getrennt ist. Eine umlaufende Trennfuge entkoppelt die Bodenplatte vom restlichen Gebäude. Durch diese Maßnahmen können die maximal zulässigen Schwingungsamplituden nach VDI/VDE 2627 eingehalten werden.
  • Ein im Koordinatenmesssystem integriertes System zur passiven (oder aktiven) pneumatischen Schwingungsdämpfung minimiert das Übertragen von Bodenschwingungen und nivelliert den Gerätetisch bei unsymmetrischer Belastung durch das Werkstückgewicht.

Rechnerische Maßnahmen[Bearbeiten]

  • Rechnerische Korrektur statischer und dynamischer Einflüsse aller 21 Führungsabweichungen (regelmäßige Überwachung und ggf. Rekalibrierung zur Vermeidung von Drift)
  • Vorhandene Plattendeformationen des Messtisches – verursacht durch Temperaturgradienten – werden durch Messen der Temperaturdifferenz zwischen Plattenober- und -unterseite kompensiert.
  • Rechnerische Korrektur der Tasterbiegung bedingt durch Antastkräfte (bei taktilen Sensoren)
  • Rechnerische Korrektur von Temperaturabweichungen des Werkstücks und einzelner Komponenten (z. B. der Maßstäbe) des Koordinatenmesssystems

Annahme- und Bestätigngsprüfungen[Bearbeiten]

Zur Bestätigung der vom Hersteller festgelegten Leistungsfähigkeit eines Messsystems werden Annahmeprüfungen und nach wiederkehrenden Zeitabständen Bestätigungsprüfungen durchgeführt. Mit Hilfe kalibrierter Prüfkörper (Stufenendmaß, Kugelplatte, Lochplatte, etc.) können dabei Längenmessabweichungen gemäß DIN EN ISO 10360-2:2010[29] und VDI/VDE 2617 Blatt 2.1[30] und Antastabweichungen gemäß DIN EN ISO 10360-3:2000[31] überprüft werden. VDI/VDE 2617 Blatt 5[32] und Blatt 5.1[33] gehen hierbei noch einem gezielt auf einzelne Prüfkörper ein.

Begrifflichkeiten[Bearbeiten]

Der Begriff „Messmaschine“ (bzw. „Koordinatenmessmaschine“) ist stets zu vermeiden. Korrekt ist die Bezeichnung „Messgerät“ (bzw. „Koordinatenmessgerät“), da in der Technik ein „Gerät“ als ein signalumsetzendes bzw. informationsverarbeitendes System zur Steigerung der sensorischen oder geistigen Leistung eines Menschen definiert wird, während eine „Maschine“ ein energie- oder stoffumsetzendes System zur Steigerung der körperlichen Leistung eines Menschen beschreibt.

Da Geräte für Koordinatenmessungen mittlerweile komplexe Systeme sind, d. h. einen Verbund mehrerer Geräte darstellen, hat man sich international im Rahmen des ISO/TC 213 WG10 im Jahr 2013 darauf geeinigt, zukünftig nur noch den Begriff „Koordinatenmesssystem“ in Normen zu verwenden (Englisch: „Coordinate Measuring System“).

Normen und Richtlinien[Bearbeiten]

  • DIN EN ISO 10360-Reihe: Geometrische Produktspezifikation (GPS) - Annahmeprüfung und Bestätigungsprüfung für Koordinatenmessgeräte (KMG). Eine Übersicht ist auf der Homepage des ISO/TC13[34] gegeben.
  • VDI/VDE 2617-Reihe: Genauigkeit von Koordinatenmessgeräten - Kenngrößen und deren Prüfung. Eine Übersicht ist auf der Homepage des GMA FA „3.31 Koordinatenmessgeräte“[35] gegeben.

Literatur[Bearbeiten]

  • Weckenmann, Albert (Hrsg.): Koordinatenmesstechnik: Flexible Strategien für funktions- und fertigungsgerechtes Prüfen. 2. Auflage. Hanser, 2012
  • Hocken, Robert J.; Pereira, Paulo H. (Hrsg.): Coordinate Measuring Machines and Systems (Manufacturing, Engineering and Materials Processing). CRC Press, 2011.
  • Dutschke, Wolfgang; Keferstein, Claus P.: Fertigungsmesstechnik: Praxisorientierte Grundlagen, moderne Messverfahren. 5. Auflage. Vieweg+Teubner, 2005
  • Christoph, Ralf; Neumann, Hans J.: Multisensor-Koordinatenmesstechnik – Produktionsnahe optisch-taktile Maß-, Form- und Lagebestimmung. Die Bibliothek der Technik, Band 248. Verlag Moderne Industrie, 2006

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b DIN EN ISO 10360-1:2003: Geometrische Produktspezifikation (GPS) - Annahmeprüfung und Bestätigungsprüfung für Koordinatenmessgeräte (KMG) - Teil 1: Begriffe
  2. VDI/VDE 2617 Blatt 9: Genauigkeit von Koordinatenmessgeräten - Kenngrößen und deren Prüfung - Annahme- und Bestätigungsprüfung von Gelenkarm-Koordinatenmessgeräten, 2009
  3. a b http://www.koordinatenmesstechnik.de/de/navigation/sensoren-fuer-koordinatenmessgeraete.html
  4. http://www.aukom-ev.de/deutsch/elearning/05Sensoren/tasterwechsel.html
  5. a b Weckenmann, Albert (Hrsg.): Koordinatenmesstechnik: Flexible Strategien für funktions- und fertigungsgerechtes Prüfen. 2. Auflage. Hanser, 2012
  6. DIN EN ISO 10360-4:2002: Geometrische Produktspezifikation (GPS) - Annahmeprüfung und Bestätigungsprüfung für Koordinatenmessgeräte (KMG) - Teil 4: KMG im Scanningmodus
  7. DIN EN ISO 10360-5:2010: Geometrische Produktspezifikation (GPS) - Annahmeprüfung und Bestätigungsprüfung für Koordinatenmessgeräte (KMG) - Prüfung der Antastabweichungen von KMG mit berührendem Messkopfsystem
  8. VDI/VDE 2617 Blatt 12.1: Genauigkeit von Koordinatenmessgeräten - Kenngrößen und deren Prüfung - Annahme- und Bestätigungsprüfungen für Koordinatenmessgeräte zum taktilen Messen von Mikrogeometrien
  9. DIN EN ISO 10360-7:2011: Geometrische Produktspezifikation (GPS) - Annahmeprüfung und Bestätigungsprüfung für Koordinatenmessgeräte (KMG) - KMG mit Bildverarbeitungssystemen
  10. DIN EN ISO 10360-8:2012: Geometrische Produktspezifikation (GPS) - Annahmeprüfung und Bestätigungsprüfung für Koordinatenmessgeräte (KMG) - KMG mit optischen Abstandssensoren
  11. VDI/VDE 2617 Blatt 6.1: Genauigkeit von Koordinatenmessgeräten - Kenngrößen und deren Prüfung - Leitfaden zur Anwendung von DIN EN ISO 10360 für Koordinatenmessgeräte mit optischen Sensoren für laterale Strukturen, 2007
  12. VDI/VDE 2617 Blatt 6.2: Genauigkeit von Koordinatenmessgeräten - Kenngrößen und deren Prüfung - Leitfaden zur Anwendung von DIN EN ISO 10360 für Koordinatenmessgeräte mit optischen Abstandssensoren, 2005
  13. DIN EN ISO 10360-9:2011: Geometrische Produktspezifikation (GPS) - Annahmeprüfung und Bestätigungsprüfung für Koordinatenmessgeräte (KMG) - KMG mit Multisensoren
  14. VDI/VDE 2617 Blatt 6.3: Genauigkeit von Koordinatenmessgeräten - Kenngrößen und deren Prüfung - Koordinatenmessgeräte mit Multisensorik, 2008
  15. Krämer, Philipp: Simulationsgestützte Abschätzung der Genauigkeit von Messungen mit Röntgen-Computertomographie. Dissertation Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Shaker, 2012.
  16. http://www.koordinatenmesstechnik.de/de/navigation/computertomografie/genaues-messen-mit-computertomografie.html
  17. VDI/VDE 2617 Blatt 13: Genauigkeit von Koordinatenmessgeräten - Kenngrößen und deren Prüfung - Leitfaden zur Anwendung von DIN EN ISO 10360 für Koordinatenmessgeräte mit CT-Sensoren, 2011.
  18. VDI/VDE 2630 Blatt 1.1: Computertomografie in der dimensionellen Messtechnik - Grundlagen und Definitionen, 2009
  19. VDI/VDE 2630 Blatt 1.2: Computertomografie in der dimensionellen Messtechnik - Einflussgrößen auf das Messergebnis und Empfehlungen für dimensionelle Computertomografie-Messungen, 2010
  20. VDI/VDE 2630 Blatt 1.4: Computertomografie in der dimensionellen Messtechnik - Gegenüberstellung verschiedener dimensioneller Messverfahren, 2010
  21. VDI/VDE 2630 Blatt 2.1: Computertomografie in der dimensionellen Messtechnik - Bestimmung der Messunsicherheit und der Prüfprozesseignung von Koordinatenmessgeräten mit CT-Sensoren, 2013
  22. DIN EN ISO 10360-10:2012: Geometrische Produktspezifikation (GPS) - Annahmeprüfung und Bestätigungsprüfung für Koordinatenmessgeräte (KMG) - Teil 10: Lasertracker
  23. VDI/VDE 2617 Blatt 10: Genauigkeit von Koordinatenmessgeräten - Kenngrößen und deren Prüfung - Annahme- und Bestätigungsprüfung von Lasertrackern, 2011
  24. VDI/VDE 2617 Blatt 10.1: Genauigkeit von Koordinatenmessgeräten - Kenngrößen und deren Prüfung - Lasertracker mit Multisensorik, 2012
  25. DIN EN ISO 15530-3:2011: Geometrische Produktspezifikation und -prüfung (GPS) - Verfahren zur Ermittlung der Messunsicherheit von Koordinatenmessgeräten (KMG) - Teil 3: Anwendung von kalibrierten Werkstücken oder Normalen
  26. VDI/VDE 2617 Blatt 7: Ermittlung der Unsicherheit von Messungen auf Koordinatenmessgeräten durch Simulation, 2008
  27. VDI/VDE 2617 Blatt 11: Ermittlung der Unsicherheit von Messungen auf Koordinatenmessgeräten durch Messunsicherheitsbilanzen, 2011
  28. DIN ISO/TS 23165:2008: Geometrische Produktspezifikation (GPS) - Leitfaden zur Ermittlung der Testunsicherheit von Koordinatenmessgeräten
  29. DIN EN ISO 10360-2:2010: Geometrische Produktspezifikation (GPS) - Annahmeprüfung und Bestätigungsprüfung für Koordinatenmessgeräte (KMG) - Teil 2: KMG angewendet für Längenmessungen
  30. VDI/VDE 2617 Blatt 2.1: Genauigkeit von Koordinatenmessgeräten - Kenngrößen und deren Prüfung - Leitfaden zur Anwendung von DIN EN ISO 10360-2 zur Messung von Längenmaßen
  31. DIN EN ISO 10360-3:2000: Geometrische Produktspezifikation (GPS) - Annahmeprüfung und Bestätigungsprüfung für Koordinatenmeßgeräte (KMG) - Teil 3: KMG mit der Achse eines Drehtisches als vierte Achse
  32. VDI/VDE 2617 Blatt 5: Genauigkeit von Koordinatenmessgeräten - Kenngrößen und deren Prüfung - Überwachung durch Prüfkörper, 2010
  33. VDI/VDE 2617 Blatt 5.1: Genauigkeit von Koordinatenmessgeräten - Kenngrößen und deren Prüfung - Überwachung mit Kugelplatten, 2011
  34. http://www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_tc_browse.htm?commid=54924&published=on&includesc=true
  35. http://www.vdi.de/2617