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Fertigungskette von Si-Kugeln und interferometrische Bestimmung des Kugelvolumens

Prüfung von Lasertrackern an der Referenzwand der PTB

01.12.2012


Die Referenzwand ist ein Mess- und Prüfplatz zur Charakterisierung mobiler optischer 3D-Messsysteme hinsichtlich der erreichbaren Längenmessgenauigkeit. Bekannte Referenzlängen von bis zu 12 m Länge ermöglichen die Prüfung von Lasertrackern in Anlehnung an die internationale Normenreihe ISO 10360 über Annahme- und Bestätigungsprüfungen für klassische Koordinatenmessgeräte und erlauben eine Aussage, ob die vom Hersteller spezifizierte maximal zulässige Längenmessabweichung eingehalten wird. Durchführung und Auswertung der Messungen sind in der Richtlinie VDI/VDE 2617 Blatt 10 beschrieben. Über eine Messung der fix montierten Prüflängen von verschiedenen Standpunkten aus ist der Test gleichwertig zur Prüfung der Lasertracker innerhalb eines Messvolumens von 10 m x 6 m x 3 m. Mit der Referenzwand existiert eine Einrichtung zur herstellerunabhängigen Prüfung der spezifizierten Genauigkeit von Lasertrackern, die auch von Dienstleistern und Anwendern genutzt werden kann.

Im ersten Jahr ihres Bestehens wurde die Referenzwand bereits zur Charakterisierung einer Reihe unterschiedlicher Lasertracker eingesetzt. Innerhalb des von der Forschungsvereinigung für Antriebstechnik (FVA) geförderten Forschungsvorhabens „Großteilprüfung Lasermesstechnik“ und in Kooperation mit mehreren Hochschulen wurden 14 Lasertracker aus fünf verschiedenen Baureihen dreier Hersteller untersucht. Hierbei wurden teilweise sehr unterschiedliche Messabweichungen beobachtet. Die Abbildungen 1 und 2 zeigen für zwei unterschiedliche Lasertracker die gemessenen Abweichungen gegenüber den kalibrierten Referenzlängen. Dargestellt sind jeweils die Abweichungen von den kalibrierten Längen in µm sowie die Genauigkeitsspezifikation des Herstellers über der mittleren Messpunktentfernung. Die Messabweichungen sind farblich den verschiedenen Messlinien der Referenzwand zugeordnet. Für die meisten Lasertracker lagen die festgestellten Längenmessabweichungen innerhalb der vorgegebenen Herstellerspezifikationen (Bild 1). Die beobachteten Längenmessabweichungen streuen innerhalb der halben Herstellerspezifikation. Für den hier benutzten Lasertracker konnten keine systematischen Fehlerquellen identifiziert werden. Lediglich für Messpunkte sehr nahe am Lasertracker sowie unter sehr steilen Visuren (große Elevationswinkel) werden die Grenzwerte in Einzelfällen überschritten. Hier muss berücksichtigt werden, dass die meisten Herstellerspezifikationen bislang nur für horizontale Messlängen auf Höhe des Messkopfes gelten, die Messungen an der Referenzwand jedoch ein breiteres Spektrum von Längen in verschiedenen räumlichen Orientierungen abdecken.

In einem speziellen Fall lag bei einem einzelnen Lasertracker ein großer Teil der Messwerte außerhalb der Herstellerspezifikation (Bild 2). Neben den deutlich größeren Abweichungen, fiel insbesondere die Systematik der Längenmessabweichungen auf. Eine Analyse des Abweichungsverhaltens deutete an, dass sich die Geometrie des Messkopfes während der Messung veränderte und die internen Korrekturparameter des Lasertrackers dies nicht kompensieren konnten. Auch bei weiteren Messungen konnten Abweichungen auf fehlerhafte Geometriefehlerkorrekturen zurückgeführt werden. Ein sehr hilfreiches Werkzeug bei diesen Untersuchungen war die Ergänzung der Messungen entsprechend der VDI/VDE-Richtlinie um Zweilagen-Messungen an allen Messpunkten. Die Messungen an der Referenzwand konnten auch zur weiteren Optimierung der Messabläufe und der genauen Festlegung der einzelnen Arbeitsabläufe genutzt werden. In einem Leitfaden zur Anwendung der Referenzwand werden Hinweise zur optimalen Anwendung und Durchführung der Messungen gegeben, die für externe Dienstleister und Anwender gedacht sind, die die Referenzwand nutzen.

 

Bild 1: Beispiel eines Prüfergebnisses eines Lasertrackers mit geringen Messabweichungen


Bild 2: Prüfergebnis für einen Lasertracker, der große systematische Messabweichungen zeigte


Weitere Informationen:
PTB-news 1/2012

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