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PTB-Berichte Fertigungsmesstechnik (F)

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PTB-F-53

Ein Beitrag zur Entwicklung eines laserinterferometrischen Trackingsystems für die Genauigkeitssteigerung in der Koordinatenmesstechnik

Autor(en): Karin Kniel
Herausgeber: Physikalisch-Technische Bundesanstalt
Report Typ: PTB-Report
Jahr: 2007
Seite(n): CD-ROM€ 15,00
Verschiedenes: € 15,00
ISBN: ISBN 978-3-86509-676-0 ; ISSN 0179-0609
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Zusammenfassung: Die Anforderungen an die Qualität, Vielseitigkeit und Belastbarkeit von Produkten steigt stetig. Die Industrie muss ihre Produkte in immer kürzeren Entwicklungszyklen mit immer engeren Fertigungstoleranzen und einer zunehmend komplexeren Funktionalität entwickeln und anbieten. Daraus leiten sich immer höhere Anforderungen an die Fertigungsmesstechnik ab. Vor diesem Hintergrund wird in der vorliegenden Arbeit die Realisierung eines genauigkeitssteigernden Verfahrens für Koordinatenmessgeräte durch den Einsatz eines neuen laserinterferometrischen Trackingsystems zur hochgenauen Kalibrierung verschiedenster Messaufgaben beschrieben.
Das Verfahren basiert auf der Implementierung eines hochgenauen Lasertrackers in ein Koordinatenmessgerät. Dieses liefert für jeden Messpunkt im Raum zusätzlich zu den Koordinaten des Koordinatenmessgerätes eine weitere Längeninformation in der interessierenden Messrichtung (meist Normalenrichtung der Werkstückoberfläche). Die mathematisch optimierte Einbindung dieser Zusatzinformation führt zu einer aufgabenspezifischen Verringerung der Messunsicherheit.
Für die Umsetzung dieses so genannten Additiv-Verfahrens eignen sich kommerzielle Lasertracker nicht, da ihre Längenmessungen mit einer zu großen Unsicherheit behaftet sind. Aus diesem Grund wurde ein neues laserinterferometrisches Trackingsystem, mit dem sich hochgenaue Abstandsmessungen im Raum durchführen lassen, entwickelt. Im Unterschied zu kommerziellen Lasertrackern beziehen sich bei dieser Entwicklung durch ein neues Prinzip der Laserstrahlnachführung alle interferometrischen Längenmessungen auf einen langzeitstabilen Referenzpunkt im Raum. Hierdurch konnte die Messunsicherheit in den Längenmessungen erheblich reduziert werden.
Basierend auf der Systemintegration des hochgenauen interferometrischen Trackingsystems in ein Koordinatenmessgerät und der Softwareumsetzung des Additiv-Verfahrens konnte ein universeller Lösungsansatz zur Reduzierung der Messunsicherheit auf Koordinatenmessgeräten für einige dreidimensionale Messaufgaben entwickelt werden. Anhand einiger Messergebnisse kann gezeigt werden, dass sich auf der Basis des Additiv-Verfahrens Formmessungen an einfachen und komplexeren Objekten mit einer wesentlich geringeren Messunsicherheit durchführen lassen.
In industry, products are elaborated within development cycles that are becoming shorter and shorter, with production tolerances that are more and more close and with an increasingly complex functionality. This results in ever higher demands on production measuring techniques. Against this background, the present dissertation describes the realisation of an accuracy-increasing method for coordinate measuring machines. This so-called additive method is based on the implementation of a high-accuracy laser-interferometric tracking system in a coordinate measuring machine. For each measuring point in space, a further length measurement is carried out in the measuring direction concerned in addition to the coordinates of the coordinate measuring machine. The mathematically optimised integration of this additional information leads to a reduction in the measurement uncertainty.
The development of the laser-interferometric tracking system is a further focus of the present dissertation. This system is a special design of a laser tracker which allows interferometric length measurements in space. In the case of the interferometric tracking system, a new principle of laser beam tracking makes it possible to relate all interferometric length measurements to a long-term-stable reference point in space. By this, a considerably reduced measurement uncertainty in length measurements is achieved, which is documented by an extensive measurement uncertainty budget.
The application of the additive method requires the system integration of the interferometric tracking system in a coordinate measuring machine and the programming of corresponding measurement and evaluation software. The implementation described in this dissertation has enabled the development of an approach allowing the reduction of the measurement uncertainty with coordinate measuring machines for numerous 3-D measuring tasks. By means of measurement results, it is shown that, on the basis of the additive method, form measurements can be carried out on simple and more complex objects with a significantly lower measurement uncertainty. Taking into account determined influence quantities, the degree of the accuracy increase achievable can be optimised.
Bemerkung: Ein Beitrag zur Entwicklung eines laserinterferometrischen Trackingsystems für die Genauigkeitssteigerung in der Koordinatenmesstechnik ; (PTB-Bericht PTB-F-53) ; Zugl.: Ilmenau, Univ., Diss., 2007

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