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Mehrwellennormale – ein Durchbruch in der Formmesstechnik

Zylindrische Körper, auf deren Mantelfläche ein spezielles Wellenmuster aufgebracht ist, stellen den neuen Stand der Technik für Transfernormale in der Formmesstechnik dar. Die Signalform dieser so genannten Mehrwellennormale eröffnet eine besonders stabile Möglichkeit, die Signalübertragungskette von Formmessgeräten zu kalibrieren.

Die Teilansicht des Mehrwellenormals (Durchmesser 80 mm) zeigt das seitlich angebrachte Wellenmuster. Das Normal dreht sich unter der mechanisch antastenden Kugel, deren horizontale Auslenkung das Messsignal darstellt.

Die Kalibrierung der Empfindlichkeit von Formmessgeräten wird mit Rundheitsmessungen vorgenommen. Dazu werden Normale mit definierter Kreisformabweichung eingesetzt. Die bisher verwendeten Flicknormale (Zylinder mit Abflachung) genügen den Anforderungen nur mit Einschränkungen, da ihr Signal sehr schmalbandig ist und die Auswertung auf wenigen Einzelpunkten des Messprofils beruht.

Ein in der PTB entwickeltes Messverfahren liefert dagegen Informationen über einen breiten Spektralbereich und stützt sich auf alle Punkte des Messprofils. Grundlage ist das Mehrwellennormal mit seinen definierten sinusförmigen Formabweichungen unterschiedlicher Amplituden und Wellenlängen, die einem Linienspektrum entsprechen. Die verkörperten Wellenlängen entsprechen den in ISO-Normen festgelegten Filtergrenzwellenzahlen (5, 15, 50, 150, 500 Wellen/Umfang). Das gemessene Formprofil des Mehrwellennormals wird mithilfe der bisher in der Formmesstechnik selten angewandten Fourieranalyse ausgewertet. Ermöglicht wird dies durch das rein harmonische Signal des Linienspektrums von Mehrwellennormalen – eine Eigenschaft, die bisher verfügbare Normale nicht aufweisen. Die Kalibrierung eines Formmessgeräts erfolgt durch Vergleich der gemessenen Amplituden mit den kalibrierten Spektrallinien. Kleine lokale Störungen, die durch Fertigung, Verschmutzungen oder Kratzer bedingt sind, beeinflussen den Kalibrierwert kaum, da das Amplitudenspektrum alle Messpunkte bewertet.

Erste Praxistests haben die Mehrwellennormale bereits bestanden. In Vergleichsmessungen mit Formmesslaboratorien des DKD konnten Übereinstimmungen der PTB-kalibrierten Amplitudenhöhen innerhalb von 30 nm bei Formabweichungen von 20 mm erzielt werden. Diese Ergebnisse und besonders die Fähigkeit, Schwachpunkte der Messgeräte bei der Filterung aufzudecken, zeigen den Fortschritt gegenüber den bisherigen Verfahren. Entwürfe neuer Richtlinien und Normen der Formmesstechnik wurden bereits von dieser Entwicklung beeinflusst.

Mehrwellennormale stellen die Rückführung von Formmessungen auf eine solide Basis und sind daher von großer Bedeutung für Anwender in Kalibrierlaboratorien und industrieller Qualitätssicherung.

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