Koordinatenmesstechnik als Schlüssel- technologie der - PTB

370 • Themenschwerpunkt PTB-Mitteilungen 117 (2007), Heft 4
Bild 4:
Konzept zur Rückführung
von beliebigen, dimensionellen
Messprozessen in
der Industrie
von produktionsnahen Messeinrichtungen sicherzustellen.
Hierzu ist in Bild 4 die gesamte
Kalibrierkette ausgehend von der Meterdefinition
bis zur Unsicherheitsermittlung im industriellen
Umfeld skizziert. Basis dieses Konzeptes ist
die experimentelle Unsicherheitsermittlung mit
kalibrierten Werkstücken (verg. Abschnitt 3.2).
Die Kalibrierung dieser Werkstücke wird dabei
auf einem KMG durchgeführt, das u.a. mit Hilfe
einer Kugelplatte (2D-Normal) für die Anwendung
des Virtuellen KMG qualifiziert wurde.
5.2 Regelmäßige Überwachung
Durch regelmäßige Überwachungsmessungen
muss sichergestellt werden, dass die Annahmen,
die der Unsicherheitsberechnung zugrunde liegen,
noch den tatsächlichen Gegebenheiten entsprechen.
Dies muss alle Unsicherheitseinflüsse
mit einbeziehen: die Abweichungen und die Unsicherheit
der Geometrie des KMG, die Temperaturbedingungen
des Messraums und die Funktionsweise
des Tastsystems. Gleichzeitig muss der
Aufwand für den Bediener des KMG so gering
sein, dass eine regelmäßige Überprüfung in
Intervallen von etwa einem Monat problemlos
möglich ist. Um diesen Anforderungen gerecht
zu werden, wurde der so genannte „Black Box“
Ansatz gewählt. Anstatt die Einflussgrößen
einzeln auf die Einhaltung ihres Vertrauensbereiches
zu prüfen, wird das ganze System durch
Messung an kalibrierten Prüfkörpern verifiziert.
Dazu müssen Messaufgaben gewählt werden,
bei denen die wichtigsten Unsicherheitseinflüsse
und die häufigsten Fehlerursachen sichtbar werden.
Nach den umfangreichen Erfahrungen aus
Datenmaterial von mehr als 100 KMG [12] aus
der Industrie sind dies vor allem:
• Veränderungen des Maßstabs durch Tempe-
raturänderung oder Veränderungen von
Temperaturerfassungssystemen
• Änderungen der Rechtwinkligkeiten und
der linearen rotatorischen Abweichungen der
Achsen durch Langzeitänderungen der
mechanischen Strukturen (Setzeffekte),
Änderungen von Temperaturgradienten im
Raum und Kollisionen.
• Defekte und Dejustierungen im Tastsystem
Zwei Verfahren, die diesen Anforderungen
gerecht werden, sind die Messung von Kugelplatten
in zwei gekreuzten Aufstellungen (in
Anlehnung an VDI 2617 Blatt 5) und die Messung
des so genannten Kugelquaders [16]. Die
Entscheidung, ob ein KMG noch die „richtigen“
Messunsicherheiten liefert, kann durch Vergleich
der aktuell bei der Überwachung erhaltenen
Werte und Messunsicherheiten mit den entsprechenden
Werten der kalibrierten Prüfkörper ermittelt
werden. Falls das KMG diesen Test nicht
bestanden hat, müssen genauere Analysen und
entsprechende Korrekturmaßnahmen durchgeführt
werden.
5.3 Normung
Auch in der Normung hat die Messunsicherheitsermittlung
durch Simulation bereits seine
Berücksichtigung gefunden. Die Richtlinie
VDI/VDE 2617-7 [17] beschreibt die Grundzüge
des Verfahrens, die notwendige Dokumentation
durch den Anbieter und zeigt Verfahren auf,
durch Simulation ermittelte Unsicherheiten zu
validieren. Technische Details des Simulationsverfahrens
werden in dem Blatt nicht festgeschrieben,
auch um den technischen Fortschritt
nicht zu behindern. Es gibt jedoch Anwendern
und Herstellern eine gemeinsame Grundlage für
den Einsatz und bildet damit auch die Grundlage
für eine breite Akzeptanz des Verfahrens.
Diese Richtlinie war auch die Vorlage für das
Dokument ISO 15530-4, das seit diesem Jahr verfügbar
ist [18].
6 Zukünftige Entwicklung des
Virtuellen KMG
Zu Zeit arbeitet die PTB zusammen mit den
Herstellern Zeiss, Hexagon und Mitutoyo an der
Weiterentwicklung des Simulationsverfahrens.
Ziel der Entwicklung sind insbesondere: Einbeziehung
der Formabweichungen des Werkstücks
in die Unsicherheitsangabe (vergl. Abschnitt 4.3)
und die Berücksichtigung der Betriebsart Scanning
in die Simulationssoftware. Zusätzlich soll
die Erzeugung der Eingangsparameter vereinfacht
werden und eine gemeinsame Schnittstelle
geschaffen werden. Eine weitere Aktivität der
PTB ist die Erweiterung des Verfahrens auch auf
andere Messinstrumente. Für Lasertracker wird
das Verfahren zusammen mit den zwei führenden
Anbietern von Lasertrackern [19,20] und
zahlreichen Anwendern entwickelt. Ziel ist auch