Koordinatenmesstechnik als Schlüssel- technologie der - PTB

PTB-Mitteilungen 117 (2007), Heft 4 Themenschwerpunkt • 355
3 Herausforderung Genauigkeits-
steigerung
Eine besondere Herausforderung für die PTB
besteht dabei darin, dass sie im Prinzip die
gleichen KMG verwendet, die auch von den
industriellen Anwendern genutzt werden. Die
zur Rückführung nötige Genauigkeitssteigerung
der PTB-Messung muss daher durch besondere
Messverfahren, hochstabile Umgebungsbe-
dingungen und geeignete Hard- und Softwareerweiterungen,
wie etwa spezieller Auswertesoftware,
erreicht werden.
Die PTB verfügt zudem über ein hohes Maß
an Kontinuität in der Messtechnik. So werden
z.B. einige Messverfahren schon seit Jahrzehnten
mit anderen Nationalen Metrologieinstituten
(NMI) europa- und weltweit verglichen. So
können langfristige Drifteffekte oder unbekannte
systematische Abweichungen identifiziert
werden. In letzter Zeit ist diese Zusammenarbeit
durch den MRA („Mutual Recognition
Agreement“) und die dadurch initiierten CIPM-
Schlüsselvergleichsmessungen („Key Comparisons“)
formalisiert worden.
Bild 2:
Messrohprofile eines Rundheitsnormals ohne (links)
und nach Anwendung eines Fehlertrennverfahrens
(rechts)
3.1 Selbstkalibrierverfahren
Zu den Messverfahren mit erhöhter Genauigkeit
zählen insbesondere die Fehlertrenn- oder
Selbstkalibrierverfahren [1]. Ein Beispiel hierzu
zeigt Bild 2. Durch die Anwendung des Fehlertrennverfahrens
Mehrlagenmessung wurde
Bild 3:
Geradheitsmesslinien eines Zylinders ohne (links) und
nach Anwendung eines Umschlagverfahrens (rechts)
der Spindelfehler eines Rundheitsmessgeräts
vollständig eliminiert. Ein weiteres Beispiel zeigt
Bild 3. Hier wurde bei der Kalibrierung eines
Zylinders durch ein Umschlagverfahren eine
Parallelitätskorrektur der Geradheitsmesslinien
durchgeführt.
4 Rückführung von 1D-KMG
4.1 Formmessgeräte
Formmessgeräte dienen zum Messen von
Formabweichungen wie Rundheit, Geradheit,
Ebenheit und Zylindrizität sowie der Lageabweichung
Parallelität. Formmessgeräte besitzen
eine oder mehrere hochgenaue Messachsen. Die
häufigste Klasse „Zylinderformmessgerät“ verfügt
meistens über eine radiale R- oder X-Achse,
eine Z-Achse sowie eine C-Achse, die durch einen
Drehtisch oder eine Drehspindel verkörpert
wird. Für ihre Rückführung ist die Einmessung
der Signalübertragungskette vom Tastsystem bis
zur Datenerfassung nötig. Dazu dient ein Normal
mit einer signifikanten Formabweichung. Da
die Drehachse bei allen Formmessgeräten die genaueste
ist, wird dazu bevorzugt ein durch eine
Rundheitsmessung erfassbares Normal gewählt.
Weitere Normale sind notwendig, um die
Führungsabweichungen des Formmessgeräts
zu prüfen. Im Prinzip könnte man bei exakter
Kenntnis der Führungsprofile die Führungsabweichungen
korrigieren. In den meisten Fällen
ist es jedoch ausreichend, die Einhaltung bestimmter
Obergrenzen sicherzustellen [2].
Moderne KMG mit Scanningeinrichtung
können ebenfalls für Formmessungen eingesetzt
werden. Es werden dann die gleichen Normale
wie für Formmessgeräte zur Rückführung dieser
Betriebsart verwendet.
4.1.1 Vergrößerungsnormale
Zu den Normalen mit gezielt verkörperter Formabweichung
zählen unter anderem der Flick und
das Mehrwellennormal. Beim Flick handelt es
sich um einen zylindrischen Grundkörper mit
Anschliff. Dadurch ergibt sich gegenüber dem
Grundkreis eines axialen Zylinderschnitts eine
Vertiefung, die als Maßverkörperung genutzt
werden kann. Da dadurch die „Vergrößerung“
d.h. die effektive Signalübertragungskette des
Formmessgeräts kalibriert werden kann, wird
der Flick zu den Vergrößerungsnormalen gezählt.
Ein weiterer Vertreter dieser Klasse ist
das Mehrwellennormal (Bild 4). Dieses verkörpert
eine oder mehrere überlagerte räumliche
harmonische Wellen. Während beim Flick der
Kennwert Rundheitsabweichung (RONt) ausgewertet
wird, wird beim Mehrwellennormal die
Höhe der Amplituden der verkörperten Wellen
ausgewertet. Diese sind stabiler zu ermitteln als
die Formabweichung eines Flicks [3]. Zur An-