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Kalibrierung großer Koordinatenmessgeräte

In der Automobil- und Luftfahrtindustrie werden zur Qualitätssicherung große Koordinatenmessgeräte eingesetzt. Um diese Geräte zu überwachen und zu kalibrieren, ist ein Verfahren entwickelt worden, das auf dem aus der Geodäsie bekannten Multilaterationsprinzip basiert. Es erfüllt die gestiegenen Genauigkeitsanforderungen und kommt vor allem ohne Prüfkörper wie zum Beispiel Kugelplatten aus.

Eine Karosserie auf einem großen Koordinatenmessgerät (Foto: VW)

Kleine und mittelgroße Koordinatenmessgeräte (KMG) mit Messvolumina unter 1 m3 können gut mit Hilfe der Kugelplattenmethode überwacht und kalibriert werden. Dabei werden kalibrierte Kugelplatten in verschiedenen Stellungen im Messvolumen des KMG gemessen. Aus dem Vergleich der gemessenen mit den kalibrierten Positionen der Kugeln können sämtliche Fehlerparameter berechnet werden.

Für große KMG mit Achslängen von zwei und mehr Metern sind jedoch Platten in der erforderlichen Größe nicht mehr handhabbar. Das jetzt von der PTB entwickelte Verfahren kommt ohne körperlich vorhandene Normale aus. Die Prüfung erfolgt mit einer „virtuellen Platte“, die auf dem KMG aus einer Vielzahl von interferometrischen Abstandsmessungen erstellt wird.

Dabei wird eine spezielle optische Reflektoreinheit, die anstelle des Tastkopfes am KMG angebracht ist, an bestimmte vordefinierte Positionen innerhalb einer Ebene verfahren. Ein automatisch nachführendes Laserinterferometer (Lasertracker) misst den Abstand zur Reflektoreinheit nacheinander von vier verschiedenen Positionen aus (daher: Multilaterations-Verfahren). Aus den vier Bündeln von Längenmessungen errechnet eine spezielle Software ein zweidimensionales Referenzraster. Es ähnelt einer sehr großen Kugelplatte: Durch Vergleich mit den angezeigten Positionen können die Abweichungen des KMG ermittelt werden. Weil bei dem Auswerteprinzip ausschließlich das interferometrische Abstandssignal des Lasertrackers genutzt wird, kann eine sehr hohe Genauigkeit erreicht werden. Unter guten Umgebungsbedingungen wurden bei KMG mit einem Messvolumen von 5 m x 2 m x 2 m Positionsabweichungen mit einer Unsicherheit ≤ 10 µm erreicht.

Das patentierte Verfahren wurde in Zusammenarbeit mit einem deutschen Automobilhersteller erfolgreich erprobt und von einer Braunschweiger Messtechnikfirma für den industriellen Einsatz weiterentwickelt.

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