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Forschungsprojekt

Verkürztes Fehlertrennverfahren für Kreisteilungen

Projektzeitraum

Beginn: September 2016
Ende:    Februar 2019


Projektbeschreibung

Zur hochgenauen Messung von Teilungsabweichungen an Verzahnungen hat sich in den vergangenen zehn Jahren das sogenannte Rosettenverfahren etabliert. Hierbei handelt es sich um ein Fehlertrennverfahren, welches die Eigenschaft einer vollständigen Kreisteilungsmessung nutzt, dass die Summe der Teilungs-Einzelabweichung Null ergibt.

Bei der Messung von Teilungsabweichungen auf einem Verzahnungs- oder Koordinatenmessgerät setzen sich die ermittelten Abweichungen aus folgenden drei unabhängigen Rosetten zusammen:

  • Teilungsabweichungen des Zahnrades
  • Teilungsfehler einer Verdrehvorrichtung bzw. Ungenauigkeit beim manuellen Verdrehen
  • Teilungsfehler des Drehtisches bzw. des Koordinatenmessgerätes

Durch schematisches Verdrehen der Rosetten gegeneinander und geeignete Mehrfachmessungen lassen sich diese drei Fehlereinflüsse vollständig voneinander trennen.

 

Messaufbau zum Rosettenverfahren auf einem Koordinatenmessgerät mit Zahnrad, Drehvorrichtung und Koordinatenmessgerät.

 

Der Nachteil des (vollständigen) Rosettenverfahrens ist sein hoher erforderlicher Messaufwand: An einem Zahnrad mit z Zähnen müssen alle 2z Teilungsabweichungen (linke und rechte Flanke) in z unterschiedlichen Positionen gemessen werden. Für eine Anwendung des Verfahrens sind also 2z2 Teilungsmesspunkte erforderlich.

In der PTB ist nun ein verkürztes Fehlertrennverfahren entwickelt worden, das den Messaufwand mit steigender Anzahl z von Teilungen um bis zu 90 % verringert und außerdem für jedes beliebige (positiv ganzzahlige) z anwendbar ist. Die Messunsicherheiten sind im Vergleich zu bestehenden Verfahren nur unwesentlich größer. Für das Verfahren ist ein Patent beantragt worden.

Ziel des Projektes ist es, die industrietaugliche und zuverlässige Anwendbarkeit dieses Kalibrierverfahrens sicherzustellen. Außerdem wird Konformitätsbewertungsstellen nach Projektabschluss die Möglichkeit offenstehen, sich für dieses Kalibrierverfahren akkreditieren zu lassen. Neben der praktischen Umsetzung auf unterschiedlichen Messgeräten, umfangreichen Verifikations- und Vergleichsmessungen sowie der Erstellung einer GUM-konformen Messunsicherheitsbilanz bildet die softwaretechnische Umsetzung der Algorithmen für die Auswertung einen wesentlichen Schwerpunkt. Hier ist eine Lösung angestrebt, in der jeder potentielle Anwender (Messtechniker, Kalibrierdienstleister, Messgerätehersteller, …) die an seine Bedürfnisse angepasste Auswertung programmieren und dann über einen Online-Service der PTB verifizieren und zertifizieren kann. Zu diesem Zweck werden Referenzalgorithmen und Testdatensätze innerhalb des Projektes entwickelt.


Projektpartner

Das Projekt wird in Zusammenarbeit mit vier Industriepartnern durchgeführt.


Ansprechpartner

Dr. Frank Keller und Dr. Martin Stein