Koordinatenmesstechnik als Schlüssel- technologie der - PTB

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PTB-Mitteilungen 117 (2007), Heft 4 Themenschwerpunkt • 389 Literatur [1] Schwenke, H., Neuschaefer-Rube, U., Kunzmann, H., Pfeifer, T.: Optical methods for dimensional metrology in production engineering, CIRP Annals: 51 (2002), 2, S. 685–699, ISBN 3-905277-38-7 ; ISSN 0007-8506 [2] Wendt, K., Keck, Ch., Schwenke, H.: Prüfprozesseignung von Inline-Messtechnik im Karosseriebau, PTB Mitteilungen 117, S. 417–424 (in diesem Heft) [3] Schwenke, H., Weisskirch, Ch., Kunzmann, H.: Opto-taktiler Sensor zur 2Dund 3D-Messung kleiner Strukturen mit Koordinatenmessgeräten, Technisches Messen 66 (1999), 12, S. 485–489 [4] Neuschaefer-Rube, U., Wissmann, M.: Taktil-optischer Mikrotaster – Anordnungen und Messmethoden, PTB Mitteilungen 117, S. 390–396 (in diesem Heft) [5] Christoph, R., Neumann, H. J.: Multisensor- Koordinatenmesstechnik, Verlag Moderne Industrie, München, 2003, ISBN 3-478-93290-4 [6] Sirat, G.Y.: Conoscopic holography. I. Basic principles and physical basics, Journal of the Optical Society of America A, 9, 70–83 (1992). [7] Kunkel, M., Schulze, J.: Mittendicke von Linsen berührungslos messen, Photonik, 6/2004, 52–54 [8] Produktinformation „StraDex p300“, ISIS-Sentronics GmbH, Mannheim, www.isis-sentronics.de, 2006 [9] Frankowski, G., Reissner, H.: Schnelle optische 3D-Messung von Funktionsflächen mit digitaler Streifenprojektion auf Mikrospiegelbasis, Proc. X. International Colloquium on Surfaces, Chemnitz, 2000, Verlag Shaker, Aachen, 2000, ISBN 3-8265-6999-7 [10] Jordan, H.-J., Brodmann, R.: Highly accurate surface measurements by means of white light confocal microscopy, Proc. X. International Colloquium on Surfaces, Chemnitz, 2000, Verlag Shaker, Aachen, 2000, ISBN 3-8265-6999-7 [11] Deck, L., de Groot, P.: High-speed noncontact profiler based on scanning white-light interferometry, Applied Optics, No. 31, p. 7334–7338 (1994) [12] Neuschaefer-Rube, U.: Optische Oberflächenmesstechnik für Topografie und Material, VDI Fortschritt-Berichte, Reihe 8, Nr. 953, VDI-Verlag, Düsseldorf, 2002, ISBN 3-18-395308-0 [13] Danzl, R., Helmli, F.: Three-dimensional reconstruction of surfaces with steep slopes using an optical measurement system based on a colour focus sensor, Proc. 6 th EUSPEN international conference, Vol. 1, 516–519 [14] Schwenke, H., Wendt, K.: Technologien für die mobile Koordinatenmesstechnik, VDI- Berichte 1914, S. 37 - 50, VDI-Verlag Düsseldorf, 2005, ISBN 3-18-091914-0 [15] Messsystem ATOS III, Gom mbH, Braunschweig, www.gom.com, 2006 [16] Bartscher, M., Hilpert, U.: Industrielle Computertomographie – von der Defekterkennung zum Messmittel für die Geometriebestimmung, VDI-Berichte 1914, S. 187–199, VDI-Verlag Düsseldorf, 2005, ISBN 3-18-091914-0 [17] Bartscher, M., Hilpert, U., Neuschaefer- Rube, U.: Industrielle Computertomographie auf dem Weg zur Koordinatenmesstechnik, PTB Mitteilungen 117, S. 47–56 (in diesem Heft) [18] Mitteilung von Volkswagen AG, Wolfsburg [19] Boucky, O., Ercole, M., Keferstein, C. P., Wallace, D., Züst, R.: Gemeinsamer Standard – Integration optischer Sensoren in Koordinatenmessgeräte, QZ 48, Heft 5, 48 (2003) [20] Neugebauer, M., Neuschaefer-Rube, U.: A new micro artefact for testing optical and tactile sensors, Proc. 5 th EUSPEN international conference, Vol. 1, p. 201-204, 2005, ISBN 92-990035-0-5 [21] Verfahren zur Herstellung von Prüfkörpern, Deutsches Patent Nr. DE 103 18 762 [22] Hüser, D.: Entwicklung von Methoden zur Bestimmung der Messunsicherheit von Triangulationssensoren in der Koordinatenmesstechnik, PTB Bericht F-22, PTB, Braunschweig, 1995, ISBN 3-89429-666-6
390 • Themenschwerpunkt PTB-Mitteilungen 117 (2007), Heft 4 1 Dr. Ulrich Neuschaefer-Rube, Leiter der PTB-Arbeitsgruppe „Optische Sensorik“ E-Mail: ulrich.neuschaeferrube@ptb.de 2 Dipl.-Ing. Mark Wissmann, Mitarbeiter der PTB- Arbeitsgruppe „Koordinatenmessgeräte“ E-Mail: mark.wissmann@ ptb.de Taktil-optischer 3D-Mikrotaster – Anordnungen und Messmethoden Ulrich Neuschaefer-Rube 1 , Mark Wissmann 2 1 Einleitung In vielen Industriebereichen werden zunehmend Mikro-Bauteile mit Abmessungen von deutlich kleiner als 1 mm und Toleranzen im µm-Bereich eingesetzt. Beispiele hierfür sind Einspritzdüsen, Mikrozahnräder und mikrooptische Komponenten. Für Messungen an diesen Mikro-Bauteilen steht eine Vielzahl hochauflösender optischer Messverfahren zu Verfügung [1]. Allerdings sind einige kleine Geometrien (z. B. senkrechte Flächen wie Mantelflächen von Mikrobohrungen) für optische Sensoren nicht zugänglich. Daher wurde Ende der 90er Jahre in der PTB der taktiloptische Taster [2, 3], der so genannte Fasertaster, realisiert, mit dem erstmals taktile Koordinatenmessungen an Mikro-Bauteilen möglich wurden. Die Technologie wurde erfolgreich in die Industrie transferiert. Der in ein kommerzielles optisches Koordinatenmessgerät integrierte Taster ist derzeit der am weitesten industriell verbreitete taktile Mikrotaster. Gemeinsam mit dem Industriepartner Werth- Messtechnik, Gießen, wurden auch nach dem Technologietransfer Untersuchungen und Entwicklungen mit dem Ziel durchgeführt, das Einsatzspektrum des Tasters zu erweitern. Ein wichtiges Thema war und ist dabei die Erweiterung des Tasterprinzips zum messenden 3D-Taster. Über die Ergebnisse auf diesem Gebiet berichtet der folgende Beitrag. 2 Tasterprinzip Der taktil-optische Taster kombiniert die Vorteile der taktilen Antastung und der hochgenauen optischen Messung mit Hilfe geeigneter Bildverarbeitung. Der Taster besteht aus einer gebogenen Glasfaser mit einem kugelförmigen Antastelement an deren Ende (Bild 1). Das Antastelement hat dabei typischerweise einen Durchmesser im Bereich 15 µm–100 µm. Durch die geringe Biegesteifigkeit der Glasfaser sind die Antastkräfte von 1 µN–10 µN wesentlich kleiner als bei konventionellen taktilen Tastern. Das Antastelement selbst befindet sich in der Fokusebene eines Abbildungssystems des optischen KMGs. Bei Durchlichtbeleuchtung ist im Kamerabild das kreisförmige Schattenbild des Antastelementes zu sehen. Wird in das Faserende mit Hilfe einer LED Licht eingekoppelt, ist das Antastelement im Kamerabild als hell leuchtende Scheibe erkennbar (sog. Eigenleuchtmodus). Bild 1: Taktil-optischer Mikrotaster. Links: Prinzip [2], rechts: industrielle Realisierung [4] Die 2D-Position der Antastkugel senkrecht zur optischen Achse (xy-Ebene) wird durch Auswertung des Kamerabildes mit Bildverarbeitungsalgorithmen und den Maßstabsinformationen des Koordinatenmessgerätes ermittelt. Bei Berührung mit dem zu messenden Werkstück wird das Antastelement ausgelenkt und ändert seine Position im Kamerabild. Die Position des Antastelementes in Richtung der optischen Achse
Seite 2 und 3: Koordinatenmesstechnik als Schlüss
Seite 4 und 5: PTB-Mitteilungen 117 (2007), Heft 4
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