Koordinatenmesstechnik als Schlüssel- technologie der - PTB

350 • Themenschwerpunkt PTB-Mitteilungen 117 (2007), Heft 4
Die PTB unterstützt die Industrie sowohl bei
der messtechnischen Weiterentwicklung neuer
Messverfahren [7, 11, 12, 13] als auch bei der
Rückführung [7, 10, 14, 15, 16] der unterschiedlichen
Systeme. Den Wunsch der Anwender, unterschiedliche
Techniken direkt vergleichen und
alternativ einsetzen zu können, wird zunehmend
durch einheitliche Schnittstellen in Software
(I++) [17] und Hardware (OSIS) [18] unterstützt.
Auch in der Normung ist man bemüht, diese
Vergleichbarkeit durch einheitliche Testverfahren
zu ermöglichen. Die messtechnische Kompetenz
der PTB muss auch in Zukunft die wichtigsten
industriellen 3D-Messverfahren abdecken. Nur
so kann die PTB in Zusammenarbeit mit der Industrie
ihre Kernaufgaben weiter erfüllen.
3.2 Steigerung der Genauigkeit und gesicherte
Rückführung
Ein zentrales Arbeitgebiet der PTB ist seit je
her die Steigerung der Genauigkeit von Messungen.
Dies ist nicht nur notwendig, um die
Rückführbarkeit von Messungen mit höchster
Genauigkeit bereitzustellen, sondern bildet auch
die Grundlage für eine Reihe von industriellen
Kooperationen [19]. Die große Erfahrung der
Mitarbeiter und die sehr gute gerätetechnische
Ausstattung sind ein dafür wesentliches Alleinstellungsmerkmal
der PTB in der messtechnischen
Forschung. Die Kalibrierung von Bezugsnormalen
für die Koordinatenmesstechnik wie
Endmaßen, Ringen, Zylindern und Kugeln wird
von der PTB mit Genauigkeiten realisiert, die im
internationalen Vergleich führend sind. Damit
sorgt die PTB für das messtechnische Fundament
auch ihrer eigenen Forschungsarbeiten.
Durch die Einführung der Kugelplatte [20] und
insbesondere durch die Entwicklung der numerischen
Korrektur von KMG [21] hat die PTB
wichtige Beiträge zur Genauigkeitssteigerung
der Koordinatenmesstechnik geleistet. Auch in
der Zahnradmesstechnik hat die PTB wichtige
Impulse gesetzt. Die Getriebetechnik ist immer
noch eine Schlüsseltechnologie der deutschen
Wirtschaft und als europäisch führende Stelle für
die Rückführbarkeit von Verzahnungsmessungen
arbeitet die PTB mit Nachdruck und industrieller
Kooperation daran, die Messunsicherheit
von Verzahnungsmessungen in der Industrie
weiter zu senken [22, 23].
Seit den 90er Jahren ist das so genannte
„Virtuelle KMG“ ein Schwerpunkt der Arbeit im
Fachbereich. Es ermöglicht durch numerische
Simulation die Berechnung von aufgabenspezifischen
Messunsicherheiten und damit die
Rückführung von fast beliebigen Messungen
mit KMG [24, 25]. Diese Entwicklung wird zusammen
mit internationalen Partnern aus der
Messtechnik mit Nachdruck vorangetrieben
und auf neue Anwendungsfelder wie die mobile
Messtechnik und die Zahnradmesstechnik übertragen.
Ein weiteres Beispiel ist die Entwicklung
des „LaserTrACers“ zusammen mit dem
National Physical Laboratory in England [13]. Er
kann die Messgenauigkeit von KMG für einige
Messaufgaben auf deutlich unter einem Mikrometer
steigern und außerdem für die Kalibrierung
von KMG und Werkzeugmaschinen
mit höchster Genauigkeit eingesetzt werden.
3.3 Validierung von Auswertesoftware
Mit zunehmender Komplexität der Auswertealgorithmen
ist auch deren einfluss auf die Genauigkeit
eines Messergebnisses gestiegen [26]. Ein
zweckmäßiges Mittel, das Vertrauen in eine Auswertesoftware
herzustellen, ist deren Prüfung
anhand von Testdaten und deren Referenzergebnisse.
In Analogie zu geometrischen Normalen,
die das gesamte Messgerät prüfen, sind Testdaten
als numerische Normale zu betrachten. Sie
testen stichprobenartig die Algorithmen. Die
Eigenschaften der Testdaten bestehen jedoch
darin, dass sie nicht altern, einfach zu erweitern
sind und mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand
ausgewertet werden können. Hierdurch
ist es möglich, das Spektrum der Testdaten stetig
auszubauen. Die PTB bietet seit 1993 als erstes
metrologisches Institut eine Validierung für die
Auswertung von Regelgeometrien an [27]. Der
rege Zuspruch und die ca. 100 getesteten Auswerteprogramme
für Koordinatengeräte zeigen
das große Interesse der Industrie. Treibender
Faktor waren und sind oftmals die Qualitätsrichtlinien
der Messgerätehersteller oder deren
Kunden. sie finden innerhalb europa in der PTB
die einzige Anlaufstelle, an der ihre Software
geprüft werden kann. Seit 2005 bietet die PTB
zusätzlich einen Softwaretest für Verzahnungsalgorithmen
an [27]. In der Zukunft sollen Testdatensätze
auch für weitere Anwendungsfälle, wie
z.B. die Messung von Freiformflächen angeboten
werden.
3.4 Messung kleinster bis größter Strukturen
Die Koordinatenmesstechnik umschließt heute
die Messung von Strukturgrößen von unter
0,1 mm bis zu über 100 m. Beispiele für kleinste
Bauteile sind z.B. MEMS, Einspritzsysteme oder
Bauteile für die Nachrichtentechnik. Auf der
anderen Seite des Spektrums steht die Messung
ganzer Flugzeugrümpfe, Satelliten, Antennen
oder Teleskope durch die mobile Messtechnik.
Das Spektrum dazwischen umfasst eine fast unbegrenzte
Anzahl von Messaufgaben aus dem
Automobilbau, dem Maschinenbau, der Medizintechnik
und dem Konsumer-Markt. Die
messtechnischen Herausforderungen sind jedoch
je nach Strukturgröße verschieden: Während