Koordinatenmesstechnik als Schlüssel- technologie der - PTB

356 • Themenschwerpunkt PTB-Mitteilungen 117 (2007), Heft 4
wendung und Auswertung von Messungen an
Mehrwellenormalen wurde kürzlich ein EURO-
MET-Projekt durchgeführt [4].
4.1.2 Halbkugeln
Halbkugeln dienen zur Prüfung von hochgenauen
Drehführungen von Formmessgeräten
oder KMG. Deren Führungsabweichungen sind
oft kleiner als 0,1 µm. Es ist daher erforderlich,
Normale mit noch geringerer Formabweichung
nutzen zu können. Zur Herstellung von Halbkugeln
aus Glas oder Glaskeramik können ähnliche
Schleifprozesse eingesetzt werden wie zur Herstellung
optischer Linsen. Diese Prozesse werden
seit langer Zeit sehr gut beherrscht. Daher lassen
sich auf diese Weise die qualitativ hochwertigsten
Formverkörperungen fertigen, die bekannt
sind. Es lassen sich Halbkugeln herstellen, deren
Formabweichung im Rahmen der Messunsicherheit
(U = 6 nm [5]) praktisch vernachlässigbar
ist. So wurde bereits eine Halbkugel von der PTB
kalibriert, deren Rundheitsabweichung RONt =
7 nm beträgt. Die Kalibrierung von Halbkugeln
erfolgt mit Hilfe des so genannten Mehrlagenverfahrens
[6].
4.1.3 Prüfzylinder
Bild 4:
Wellen auf einem Mehr-
wellennormal
im Vergleich zu einer
Büroklammer
Prüfzylinder sind besonders präzise hergestellte
Zylinder. Ihre Geradheitsabweichung beträgt typisch
< 0,1 µm und ihre Parallelität ist besser als
0,2 µm (U = 0,1 µm). Typisch ist ein Durchmesser
von 20 mm und eine Länge von 100 mm. Auf
der Messfläche von Prüfzylindern sind in der
Regel zusätzlich zwei Flicks verkörpert. Da auch
die Rundheit von Prüfzylindern Lehrenniveau
besitzt (RONt = 60 nm), lassen sich in einer Aufspannung
fast alle Parameter eines Formmessgeräts
prüfen.
Prüfzylinder werden entweder direkt mit
einem unkorrigierten Formmessgerät kalibriert
oder es werden Umschlagverfahren eingesetzt.
Die erreichbare Messunsicherheit liegt zur Zeit
bei etwa 0,1 µm für alle Parameter.
4.1.4 Kontrollsäulen
Kontrollsäulen sind größere Zylinder (z.B. 80
mm x 250 mm oder 100 mm x 360 mm) mit einer
oder zwei geschliffenen Stirnflächen. Der
bearbeitete Teil der Stirnfläche ist meistens
als schmaler Ring ausgebildet. Kontrollsäulen
dienen als Verkörperung eines Zylinders, längerer
Geradheiten und Parallelitäten und als
Rechtwinkligkeitsnormal. Dazu wird der Winkel
der Stirnflächenebene zur Achse des Zylinders
ausgewertet. Die lokalen und globalen Formabweichungen
von Kontrollsäulen sind wesentlich
größer als bei Prüfzylindern. Während
die Formkalibrierung, die ähnlich wie bei den
Prüfzylindern erfolgt, keine größeren Probleme
aufwirft, stellt die hochgenaue Kalibrierung der
Rechtwinkligkeit hohe Anforderungen an den
Messprozess. In der PTB wird zur Kalibrierung
der Rechtwinkligkeit ein erweitertes Umschlagverfahren
unter Nutzung eines Planspiegel-LI
genutzt [7].
4.1.5 Geradheitsnormale
Als Geradheitsnormale werden Lineale aus
Metall, Stein oder Glaskeramik eingesetzt. Ihr
Einsatzbereich ist vor allem das Prüfen der Geradheit
von Linearführungen. Ihre Kalibrierung
erfolgt mit Zylinderform-Formmessgeräte oder
spezialisierten Geradheitsmesseinrichtungen in
der Regel im Umschlagverfahren.
4.2 1D-Längenkomparatoren
Für hochgenaue Längenmessungen wie der Kalibrierung
von Längen-Bezugsnormalen werden
eindimensionale Abbekomparatoren verwendet.
Außer Einzweckmessgeräten wie den reinen
Abbe-Komparatoren gibt es noch Formmessgeräte
mit integrierter Abbe-Längenmesseinrichtung.
Die meisten Vertreter dieser Geräteklasse
sind mit Maßstäben ausgestattet. Zur Rückführung
auf die SI-Einheit Länge sind dann noch
kalibrierte Längenverkörperungen erforderlich.
Einige Abbekomparatoren in DKD-Laboratorien
und in der PTB sind mit Laserinterferometern
(LI) ausgestattet [8]. Messungen dieser Geräte
sind damit direkt rückführbar.
4.2.1 Endmaß, Endmaßbrücke
Mittels direkter Interferometrie können Parallelendmaße
mit einer Messunsicherheit von U = 10
nm kalibriert werden. Die verfügbaren Längen
reichen bis 1000 mm. Mittels des hochpräzisen
Differenz-Abbekomparators „KOMF“ (Akronym
für „Komparator für Maß und Form“) der PTB
(Bild 5) kann auch das Außenmaß von Parallelendmaßen
direkt kalibriert werden [10]. Bei
Kalibrierungen von Parallelendmaßen aus Glaskeramik
(Zerodur®) sind mit dem KOMF vergleichbare
Messunsicherheiten wie bei der opti-