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Prüfung von optisch flächenhaft antastenden 3D Mikromesssystemen

10.10.2016

Die 2014 erschienene DIN EN ISO 10360-8 liefert neue Ansätze für Koordinatenmessgeräte mit optischen Abstandssensoren, unter anderem um diese vergleichbar zu taktilen Koordinatenmessgeräten zu prüfen. Diese Prüfungen sollten im Rahmen des Projekts „Prüfung von optisch flächenhaft antastenden 3D Mikromessverfahren“, das aus Mitteln des BMWI Transfer-Programms „Messen, Normen, Prüfen, Qualitätssicherung“ gefördert wurde, auf optisch antastende Mikromesssysteme übertragen werden, um auch diese Messsysteme entsprechend einer Norm spezifizieren und prüfen zu können.

Eine wichtige Neuerung in DIN EN ISO 10360-8 sind die sogenannten repräsentativen Punkte, die besonders bei der Bestimmung der Antastabweichungen von Interesse sind. Die Anzahl und Verteilung der repräsentativen Punkte richtet sich nach dem aus der taktilen Koordinatenmesstechnik bekannten Antastmuster für Kugelmessungen nach DIN EN ISO 10360-5, allerdings eingeschränkt auf den jeweiligen Neigungswinkelbereich, der vom optischen Messsystem noch erfasst werden kann. Durch Nutzung der repräsentativen Punkte wird die optisch gewonnene Messpunktwolke auf wenige Einzelpunkte reduziert, die dann vergleichbar zu taktilen Antastpunkten ausgewertet werden können. Für die Bestimmung der repräsentativen Punkte wurde eine Software entwickelt, die aus der Messpunktwolke 25 Regionen, sogenannte Flächen (engl. Patches), selektiert und anschließend für jede dieser Regionen einen repräsentativen Punkt bestimmt. Für die Berechnung der repräsentativen Punkte stehen je nach Streuung der Messdaten verschiedene Methoden zur Verfügung. Bei stark verrauschten Daten ist die einfache Mittelwertbildung der Koordinaten der Messpunkte in den einzelnen Patches die effizienteste Methode. Bei rauscharmen Messdaten wird der repräsentative Punkt über eine Ausgleichskugel für jeden Patch bestimmt. Hierzu berechnet man zu jedem Patch eine lokale Ausgleichskugel und den Medianpunkt. Der Durchstoßpunkt des Vektors vom Mittelpunkt der Ausgleichskugel zum Medianpunkt durch die lokale Ausgleichskugel stellt dann den repräsentativen Punkt dar (Abb. 2).

Aus den repräsentativen Punkten lassen sich dann wie auch bei der taktilen Koordinatenmesstechnik die Antastabweichungen für „Form“ und „Maß“ bestimmen. Für den direkten Vergleich optischer und taktiler Messungen sollte der Auswertebereich auf der Kugel übereinstimmen. Realisieren lässt sich dies z. B. durch den Einsatz eines Dreh-Schwenk-Gelenkes zur Durchführung der optischen Messungen oder durch die Einschränkung des Antastbereiches während der taktilen Messung.

Die Methode der repräsentativen Punkte wird nun bei der Erstellung der deutschen Richtlinie VDI VDE 2617 6.2 zur DIN EN ISO 10360-8 konkretisiert, um Anwendern Hilfestellungen zur Methode geben. Außerdem wird sie voraussichtlich auch Einzug in weitere Normen, wie z.B. die zukünftige ISO-10360-11 finden, die sich mit der Prüfung von Computertomographen zur dimensionellen Messung befasst.


Das Bild zeigt einen Prüfkörper unter dem Objektiv eines Messgeräts. Der Prüfkörper besteht aus einer Halterung aus Aluminium, auf der 7 Metallkugeln mit ansteigender Rauheit angebracht sind.
Abb. 1: Messung unterschiedlich rauer Kugeln mit einem Weißlichtinterferenzmikroskop


Der 3D Plot zeigt Messpunkte an einer Kugelkappe in einem dreidimensionalen Koordinatensystem, die innerhalb der 25 Patches liegen. In jedem Patch ist außerdem der entsprechende repräsentative Punkt eingezeichnet.
Abb. 2: Messpunkte innerhalb der einzelnen Patches (blau) und die daraus ermittelten repräsentativen Punkte (rot)

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