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Hochgenaue Längenmessungen im Raum

Mit dem LaserTracer, einem in der PTB entwickelten interferometrischen System, können hochgenaue Längenmessungen im Raum durchgeführt werden. Durch die patentierte Laserstrahlführung konnte die Genauigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Lasertrackern um mehr als das Zehnfache gesteigert werden.

Der Laserstrahl des LaserTracers folgt automatisch einem Reflektor, der an dem Taster eines Koordinatenmessgerätes (KMG) bzw. an der Werkzeugaufnahme einer Fertigungsmaschine befestigt ist.

Der in der PTB entwickelte LaserTracer gehört in die Kategorie der Lasertracker. Hierbei handelt es sich um laserbasierte 3D-Koordinatenmessgeräte, die durch Messung zweier Raumwinkel und einer interferometrischen Länge Positionen im Raum bestimmen. Nutzt man die Winkelinformationen nicht, so können sie prinzipiell auch für interferometrische Längenmessungen im Raum eingesetzt werden – allerdings mit häufig nicht ausreichender Messgenauigkeit, beeinträchtigt durch die mechanische Qualität der Bewegungsachsen.

Mit dem neuen LaserTracer lassen sich ausschließlich interferometrische Längenmessungen durchführen, wobei eine neuartige Nachführung des Laserstrahls für erhöhte Genauigkeit sorgt. Eine ortsfeste Präzisionsstahlkugel dient als sphärischer Referenzspiegel, während die gesamte optische Einheit um ihr Zentrum geführt wird. Durch die geringen Formabweichungen der Kugel (< 50 nm) beziehen sich alle interferometrischen Messungen auf den Kugelmittelpunkt. Durch dieses Prinzip lässt sich die Längenmessunsicherheit erheblich senken: Bei einer Messlänge von 5 m beträgt die Messunsicherheit eines herkömmlichen Lasertrackers etwa 13 µm, jedoch die des LaserTracers nur 1,5 µm.

Eine Anwendung des LaserTracers ist die Genauigkeitssteigerung von Koordinatenmessgeräten. Durch ein spezielles Verfahren lässt sich beispielsweise bei einer Zahnradmessung die Unsicherheit für die Profilabweichung von 1,5 µm auf 0,8 µm reduzieren. So kann die PTB der Industrie Normale mit deutlich erhöhter Genauigkeit zur Verfügung stellen.

Ein zweites Einsatzgebiet ist die Aufnahme und Korrektur der systematischen Abweichungen von Koordinatenmessgeräten und Fertigungsmaschinen. Dieses zusammen mit dem National Physical Laboratory (NPL) in England entwickelte Verfahren ermöglicht neben den erheblich gesteigerten Verfahrensgenauigkeiten auch eine signifikante Verkürzung der Messzeiten. So wird ein vollständiger Parametersatz für die Korrektur in weniger als vier Stunden aufgenommen. Der LaserTracer und dieses Verfahren werden inzwischen vermarktet.

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