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Fertigungskette von Si-Kugeln und interferometrische Bestimmung des Kugelvolumens

Umfassende Überarbeitung des virtuellen Koordinatenmessgerätes VCMM zur Bestimmung der aufgabenspezifischen Messunsicherheit

20.12.2018

Die Bestimmung der aufgabenspezifischen Messunsicherheit bei der geometrischen Messung von Bauteilen ist von großer Bedeutung in der industriellen Qualitätssicherung. Zu diesem Zweck hat die PTB gemeinsam mit Koordinatenmessgeräteherstellern und Anwendern das virtuelle Koordinatenmessgerät (VCMM) entwickelt, das es ermöglicht, die Messunsicherheit durch numerische Simulation von Messaufgaben zu ermitteln. In einer umfassenden Überarbeitung der Modelle und Routinen wurde das VCMM an die moderne Messtechnik angepasst, um z. B. Einflüsse von Scanningmessungen, Tasterwechseln und Werkstückeigenschaften einzubeziehen. Zur Verifikation sind umfangreiche Vergleichsmessungen erfolgt.

Die Weitergabe von vollständigen Messergebnissen bestehend aus Messwert und beigeordneter Messunsicherheit ist ein essentieller Bestandteil in der industriellen Qualitätssicherung. Die Unsicherheit hat dabei eine große wirtschaftliche Bedeutung, denn gemeinsam mit dem Messwert ist sie die Grundlage für die Beurteilung, ob ein Bauteil innerhalb der spezifizierten Toleranzen gefertigt wurde und somit verwendet werden kann. Zusätzlich erfordert die Digitalisierung in der Industrie verstärkt eine automatisierte Ermittlung von Messgrößen und deren Messunsicherheiten wie auch die maschinenlesbare Weitergabe von Messergebnissen als Grundlage für die verlässliche, automatische Interpretation der Daten und für die darauf basierenden Entscheidungen.

Seit Beginn der 1990er-Jahre wurde von der PTB gemeinsam mit Herstellern und Anwendern von Koordinatenmessgeräten das VCMM (Virtual Coordinate Measuring Machine) entwickelt. Dabei wird das Koordinatenmessgerät mit allen Unsicherheitseinflüssen durch einen digitalen Zwilling nachgebildet. Dies gestattet die Bestimmung der Messunsicherheit auf Basis von numerischen Simulationen und bietet einen effektiven und kostengünstigen Weg zur Bestimmung der aufgabenspezifischen Messunsicherheit. In einem Forschungsprojekt mit Industriepartnern wurde das VCMM weiterentwickelt und der modernen Messtechnik durch verbesserte mathematische Modelle und fortschrittliche Erfassungsmethoden angepasst. Ein Schwerpunkt war dabei die Erweiterung um die Einflüsse des häufig eingesetzten Scanning-Betriebes sowie die Berücksichtigung von Tasterwechseln und Einflüssen des Werkstücks. Zur Verifikation des Verfahrens und damit des VCMM wurden von der PTB zahlreiche, koordinierte Vergleichsmessungen durchgeführt und ausgewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass die erweiterten und überarbeiteten Modelle des VCMM zur Ermittlung der aufgabenspezifischen Messunsicherheit in der Koordinatenmesstechnik geeignet sind.

Vergleichsmessungen an Normalen und Prüfkörpern

Abb. 1:  Zur Überprüfung der Modelle des VCMM wurden Vergleichsmessungen an kalibrierten Normalen und Prüfkörpern durchgeführt. Der Multi-Feature Check Prüfkörper ermöglicht den Vergleich zahlreicher Merkmale wie beispielweise Längen, Abstände, Durchmesser, Ebenheiten und Parallelitäten an einem werkstückähnlichen Objekt.

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