Mess- und Auswerteverfahren für flächenhafte Kalibrierung von Gewinden

Zur Unterstützung der deutschen Industrie arbeitet die PTB seit einigen Jahren mit Kalibrierlaboratorien und Herstellern von Gewindelehren zusammen, um die Qualitätssicherung im Bereich der Gewindeproduktion zu verbessern. In der PTB sind innerhalb verschiedener Forschungsvorhaben bereits speziell für diese Anwendung ausgelegte Substitutionsnormale und Tastsysteme entwickelt worden, die zur Rückführung von dimensionellen Messungen an Gewinden erfolgreich eingesetzt wurden.

Allerdings fordert die deutsche Industrie im Bereich der Herstellung von Gewinden zusehends kleinere Fertigungstoleranzen und zugleich eine Steigerung der Zuverlässigkeit der Bauelemente, um auf dem internationalen Markt konkurrenzfähig bleiben zu können. Das seit Jahrzehnten in der Gewindemesstechnik angewandte Mess- und Auswerteverfahren (etwa nach EURAMET cg-10 [1]) bezieht sich nur auf einzelne Achsschnitte und wird den steigenden Ansprüchen nicht gerecht, da Abweichungen auf den Gewindeflanken oft nicht erkannt werden.

Um einen Übergang zur flächenhaften Kalibrierung von Gewinden zu schaffen, wurden in der PTB innerhalb eines MNPQ-Projekts verschiedene flächenhafte Messstrategien auf Koordinatenmessgeräten mit taktilen Sensoren entwickelt und erprobt. Auf Grundlage der vom Koordinatenmessgerät ausgegebenen dreidimensionalen Tastkugelmittelpunkte wurde ein universeller Auswertealgorithmus implementiert, der die Sollgeometrie in die erfassten Messdaten nach der Methode der kleinsten Quadrate einpasst und die genormten Auswerteparameter berechnet. Zusätzlich werden neu definierte Parameter ausgegeben, die sich am Flächenmodell orientieren und sich erst unter Verwendung der in der PTB entwickelten Messstrategie erfassen lassen.



Abb 1: Taktile Messung eines Gewindelehrdorns M30x3 in Zweiflankenanlage im selbstzentrierenden Antastmodus

Die Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass der in der PTB beschrittene Weg hin zur flächenhaften Betrachtung viele Vorteile mit sich bringt und das Potenzial der hochgenauen Messgeräte stärker nutzt. Besonders hervorzuheben ist hier die Zuverlässigkeit des Messprozesses, die eine wesentlich höhere Reproduzierbarkeit mit sich bringt, als es die traditionellen Verfahren ermöglichen. Die Rückführbarkeit der Messgrößen wird über die in der PTB entwickelten Substitutionsnormale sichergestellt.

Literaturverweis

[1] EURAMET cg-10; Determination of Pitch Diameter of Parallel Thread Gauges by Mechanical Probing; 12/2012.