Vollständige und berührungslose Mikroverzahnungsmessung mittels Computertomographie

Mikro-Getriebe werden in großen Stückzahlen in verschiedenen Bereichen eingesetzt. Wichtige Einsatzfelder sind insbesondere die Medizin (z.B. Insulinpumpen), die Automatisierungstechnik, die Mikromanipulation und die Robotik.

Der Qualitätssicherung von Mikroverzahnungen kommt daher große Bedeutung zu. Etablierte Methoden zur Funktionsprüfung von Verzahnungen (Ein- oder Zweiflanken-Wälzprüfung) können bei Mikroverzahnungen in der Regel nicht genutzt werden, da die dafür benötigten Meisterräder nicht zur Verfügung stehen. Optische Messungen der Geometrie von Mikroverzahnungen scheitern häufig an der mangelnden Zugänglichkeit der Zahnflanken und sind zudem meist nicht rückführbar. Taktile und taktil-optische Messungen der Geometrie von Mikroverzahnungen (Modul im Bereich 0,1 mm und darunter) erfordern sehr kleine Antastelemente sind daher nur mit Mikro-Koordinatenmessgeräten möglich. Ein interessante Alternative zur klassischen Koordinatenmesstechnik sind Messungen mit dimensioneller Computertomographie. Mit dieser Messtechnik kann die Zahnradgeometrie vollständig und berührungslos erfasst werden.

Vor diesem Hindergrund wurden Messungen an Mikroverzahnungen mittels Computertomographie und taktiler bzw. taktil-optischer Mikro-Koordinaten­messtechnik vergleichend untersucht. Abb. 1 zeigt hierzu beispielhaft den Vergleich einer Messung mit einem taktilen Mikrokoordinatenmessgerät (Zeiss F25) und einer Messung mit einem industriellen CT-Messsystem (Mikro-CT der BAM) an einem Sonnenrad eines Mikro-Planentengetriebes (Zahnraddurchmesser ca. 2 mm, Modul der Verzahnung 0,12 mm).

Abb. 1: Vergleich von Messungen an einem Sonnenrad eines Mikro-Planentengetriebes (Zahnraddurchmesser ca. 2 mm, Modul der Verzahnung 0,12 mm) mit einem taktilen Mikrokoordinatenmessgerät (Zeiss F25) und einer Messung mit einem industriellen CT-Messsystem (Mikro-CT der BAM). Der Graph neben der Skala für die Messabweichungen stellt die Häufigkeit der betreffenden Messabweichung dar.

Die Messabweichungen zwischen CT und taktilem Verfahren betragen nur wenige Mikrometer. Mithilfe von Wiederholungsmessungen wurde als Abschätzung für die erweiterte Messunsicherheit der Einzelpunkte der Wert U = 4,8 µm ermittelt. Ähnliche Ergebnisse ergaben auch Vergleiche zwischen CT und taktil-optischer Antastung (Fasertaster) an Innenverzahnungen.

Diese Ergebnisse zeigen, dass industrielle Computertomographiesysteme die Geometrie von Außen- und Innenverzahnungen im Mikrobereich für industrielle Zwecke vollständig, berührungsfrei und hinreichend genau erfassen können.