Koordinatenmesstechnik als Schlüssel- technologie der - PTB

PTB-Mitteilungen 117 (2007), Heft 4 Themenschwerpunkt • 393
Die Abhängigkeit des Ringdurchmessers von
der z-Auslenkung des Antastelementes muss
für jeden Taster individuell eingemessen werden.
Hierzu wurde eine horizontale Glasplatte
angetastet und bei Änderung der z-Position des
KMGs die Änderung des Ringdurchmessers als
Maß für die Tasterauslenkung in z-Richtung bestimmt.
Bild 7 zeigt das Ergebnis einer solchen
Einmessung bei mehreren Helligkeitseinstellungen
der LED (mehrere eingestellte TR-Werte in
der KMG-Software). Bei der Wahl der Helligkeitseinstellungen
wurde dabei darauf geachtet,
dass im Kamerabild keine gesättigten Pixel (maximal
möglicher Grauwert) auftraten.
Bild 7:
Gemessene Abhängigkeit des Ringdurchmessers
von der z-Position als Ergebnis
einer Einmessung des 3D-Tasters mit
Ringauswertung
Aus den Einmesskurven folgt, dass eine Tasterauslenkung
in z-Richtung zu einer ca. 5–10
mal kleineren Änderung des Ringdurchmessers
führt. Diese Abhängigkeit ist zudem leicht nichtlinear,
lässt sich aber gut durch ein Polynom approximieren.
Positiv zu bewerten ist, dass keine
Abhängigkeit von der Helligkeit des Tasterbildes
besteht.
Wegen der „Untersetzung“ um den Faktor
5–10 ist zu erwarten, dass die Unsicherheit der
Messung der z-Position des Tastelementes um
etwa den gleichen Faktor größer sein wird als
die Unsicherheit der Messung der x- und y-Position.
Mit den in 3.1 und 3.2 beschriebenen Messmethoden
wurden vergleichende Messungen
durchgeführt. Bei der Anordnung mit 2. Kamera
und Zielmarke wurde ein Taster mit angeklebter
Kugel verwendet (vgl. Bild 5 links oben). Die Bestimmung
der Zielmarkenposition erfolgte dabei
sowohl durch die Best-Fit Einpassung als auch
mit Hilfe eines Korrelators.
Bild 8 zeigt die Ergebnisse von Messungen
einer ebenen Fläche. Bild 9 zeigt die Ergebnisse
der Messung der Kontur einer Kugel mit vernachlässigbarer
Formabweichung. Dargestellt
ist die gemessene Abweichung von der Best-Fit
Einpassung eines Kreises.
Es zeigt sich, dass bei der Messung mit Ringauswertung
die größten Messabweichungen auftreten
(0,89 µm bei der Ebenenmessung, +1,5 µm,
–1,2 µm bei der Kugelmessung). Bei der Messung
mit Zielmarke sind beide Auswertemethoden
gleichwertig. Die Abweichungen betragen
bei der Kugelmessung +1 µm und –0,4 µm). Der
Korrelator benötigt allerdings eine längere Rechenzeit.
Der Anstieg der Abweichungen bei den
Winkeln 0° und 180° ist vermutlich auf Formabweichungen
des Tastelementes zurückzuführen.
In den folgenden Kapiteln werden zwei
weitere Messanordnungen zur taktil-optischen
3D-Messung vorgestellt. Sie sind Weiterentwicklungen
der zuvor beschriebenen Anordnungen.
Bild 8:
Ergebnisse von Messungen
einer ebenen Fläche
mit verschiedenen taktiloptischen3D-Messmethoden
Bild 9:
Ergebnisse von Messungen
einer Kugelkontur
mit verschiedenen taktiloptischen3D-Messmethoden