Koordinatenmesstechnik als Schlüssel- technologie der - PTB

PTB-Mitteilungen 117 (2007), Heft 4 Themenschwerpunkt • 359
tensystems und seiner Korrektur. Die Antastabweichung
ist im Wesentlichen eine Eigenschaft
des Messkopfsystems.
6.1 Rückführung von mittelgroßen und
großen KMG
Die meisten Erfahrungen bestehen in der Rückführung
von KMG mit Messvolumina um 1m3 .
Die Mehrzahl der Kalibrierverfahren und
Bezugsnormale wurde für Messbereiche dieser
Größenordnung entwickelt. Neben den eindimensional
kalibrierten Normalen, wie sie bei
den 1D-Geräten angesprochen wurden, existieren
eine große Zahl weiterer Normaltypen, die in
diesem Abschnitt vorgestellt werden.
6.1.1 Vollkugeln, Ringe
Während Vollkugeln bei eindimensionalen
Messgeräten nur selten als Bezugsnormale angewandt
werden, da ihre Ausrichtung auf dieser
Geräteklasse nur schwer möglich ist, stellen sie
für KMG einen sehr wichtigen Standardprüfkörper
dar, z.B. zum Bestimmen der Antastabweichung
des Messkopfsystems. Die Formabweichung
von Vollkugeln erreicht meistens nicht
ganz das niedrige Niveau von Halbkugeln. Man
kann dennoch von einer Formabweichung unter
50 nm ausgehen. So können für das typische
Mess-unsicherheitsniveau von KMG (> 0,5 µm)
auch Vollkugeln als ideal betrachtet werden. Da
es kein taktil innen antastbares konkaves Gegenstück
zur konvexen Vollkugel gibt, werden für
die Prüfung oder Einmessung von Innenantastungen
oder als Substitutionselement bei Kalibrierungen
auch Ringe verwendet.
6.1.2 Stufenendmaß
Viele Einmess- oder Prüfprozesse erfordern eine
(regelmäßige) räumliche Anordnung von Antastelementen,
die im Messvolumen von KMG
in verschiedenen Orientierungen aufgebaut
werden kann, um so z.B. der Forderung z.B. der
VDI/VDE 2617 nach Prüfung des Messvolumens
zu mindestens 66% der Länge der Raumdiagonalen
noch nachzukommen. Eine solche stellt
das Stufenendmaß (STEM) dar (Bild 10). Eine
wichtige Bauform besteht aus zylindrischen
Endmaßen, die in einem Träger manuell eingelegt
und durch thermische Pressung fixiert werden.
Es sind aber auch monolithische oder solche
aus angesprengten Parallelendmaße (ähnlich der
Endmaßbrücke) gebräuchlich. Typische Längen
des Trägers sind 100 mm–2500 mm. Die Kalibrierung
von Stufenendmaßen erfolgt häufig mit
Hilfe von spezialisierten Längenkomparatoren,
die wegen der Länge des Messobjektes meistens
nicht als echter Abbe-Komparator aufgebaut
sind. Es sind aber auch Messverfahren gebräuchlich,
die Laserinterferometer in Kombination
mit KMG einsetzen [20]. Die erreichbare Messunsicherheit
liegt bei U = 0,1 µm + 0,5 * L.
Bild 10:
Stufenendmaß in raumschräger
Aufspannung
während der Messung
6.1.3 Kugelstab
Ein Kugelstab zählt wie das Stufenendmaß zur
Klasse der eindimensionalen Normale. Der Aufbau
besteht aus einem Träger in oder an dem in
festgelegten Abständen zwei oder mehrere Kugeln
eingelassen oder seitlich angebracht sind. In
Bild 11 ist ein besondere Bauform dargestellt, bei
der der Kugelstab zerlegt und separiert kalibriert
werden kann. Die verkörperte Längen sind die
Abstände der Kugelmittelpunkte. Die Geometrie
von Kugelstäben erlaubt in der Regel keine Kalibrierung
durch 1D-Komparatoren. Sie werden
daher mit Hilfe von KMG kalibriert. Ihre Anwendung
entspricht weitgehend der von STEM.
Kugelstäbe können bis zu mehreren Metern lang
sein [21].
6.1.4 Kugel-, Lochplatte
Das Prinzip des Kugelstabs lässt sich leicht auf
zwei Dimensionen erweitern. So entsteht die
Kugelplatte. Diese besteht aus einer Trägerplatte
(z.B. aus Glaskeramik) und in Bohrungen eingefassten
Kugeln (Bild 12). Wenn die Bohrungen
gut bearbeitet sind, lassen sich die Kugeln
auch weglassen. So erhält man eine Lochplatte.
Der Vorteil der Kugelplatte ist ihre gegenüber
der Plattenebene beidseitige Antastbarkeit
und leichte Aufspannbarkeit in verschiedener
Orientierung im Messvolumen. Es wird so die
Anwendung von Umschlagverfahren vereinfacht.
Die erreichbare Messunsicherheit liegt bei
U = 0,5 µm.
Bild 11:
Zerlegbarer Kugelstab
aus kombinierten Kugel-
Stab-Elementen