Genauigkeitssteigerung von Koordinatenmessungen durch Korrektur in modularen Abweichungsfeldern
Final Report Abstract
Abweichungen von taktilen Koordinatenmessungen werden vorwiegend verursacht durch systematische Abweichungen des Aufbaus und der Komponenten des Messgerätes. Die derzeit angewandte rechnerische Korrektur (CAA) der Wirkung geometrischer Geräteabweichungen in den Antastpunkten verringert deren Einfluss, jedoch ist der Aufwand dafür hoch. Sich mit der Zeit verändernde Einflüsse sind unvermeidlich und verschlechtern die abweichungskompensierende Wirkung der aus dem Abweichungsfeld abgeleiteten Korrekturwerte. Damit bedarf dieses Verfahren zum langfristigen Einhalten der geforderten Genauigkeit von Koordinatenmessgeräten einer praxisgerechten Verbesserung. Die im Rahmen des Forschungsprojektes entwickelte Methode der modularen Abweichungsfelder stellt ein Verfahren zur Korrektur systematischer Abweichungen durch rechnergestützte Korrektur bekannter Abweichungen über vektorielle Einzelpunktkorrekturen dar. Die Erweiterung des experimentellen Substitutionsverfahrens mit Algorithmen zur Korrektur der Koordinatenwerte angetasteter Einzelpunkte bildet die Grundlage der Methodik. Ermittelte Abweichungen sind annähernd gleich in bestimmten Teilabschnitten des Messbereiches eines Koordinatenmessgerätes. Die entsprechenden Korrekturen können diesen Feldern zugeordnet werden und bei Werkstückmessungen eingesetzt werden. Eine herstellerneutrale Datenbank zur Langzeitspeicherung der Korrekturvektoren sowie zum Verwerten von Expertenwissen unter Beachtung definierter Zusammenhänge im Messprozess wurde bereitgestellt. Ferner wurde ein Verfahren zum Bestimmen merkmalspezifischer Messunsicherheiten für Messungen an Kleinserien bzw. Entwicklungsteilen untersucht. Unter Berücksichtigung der Ähnlichkeitsanforderungen zwischen eingesetzten Normalen und Werkstücken wurden Lösungen zum Abbilden der Wirkung der Einflussfaktoren Formabweichung, Rauheit sowie Temperaturgradient entwickelt. Ergänzend zu bereits vorhandenen wissenschaftlichen Methoden wurden Lücken durch die Simulation des Einflusses von Formabweichungen geschlossen, vorhandene reale Untersuchungen des Einflusses der Rauheit um relevante praxisorientierte Parameter aus empirischen Beobachtungsreihen ergänzt und erarbeitete Grundlagen zum Bestimmen des Einflusses der Temperatur in einer bedienerorientierten Assistenz umgesetzt. Die Anwendung des Verfahrens lässt, je nach Antaststrategie, Messabweichungen in unterschiedlichen Bereichen des genutzten Koordinatenmessgerätes erkennen. Es wurde gezeigt, dass messbereichsabhängige, systematische Abweichungen in Abhängigkeit von Auswerte- und Antaststrategie sowohl bei Referenzkoordinatenmessgeräten als auch bei Messgeräten im seriennahen Umfeld erfassbar und korrigierbar sind. Die Verbindung mit dem an DIN EN ISO 15530-3:2012 angelehnten Verfahren zur Bestimmung der Messunsicherheit ermöglicht eine Zusammenfassung zu einer Hybridmethode, wodurch eine merkmalbezogene Verbesserung der Genauigkeit und eine Abschätzung der Messunsicherheit sowohl bei Einzel- als auch bei Serienmessungen erreicht werden kann.
Publications
- Koordinatenmesstechnik - gestern, heute, morgen. 8. VDI-Fachtagung Koordinatenmesstechnik 2010 (03.-04.11.2010, Braunschweig). In: VDI-Berichte 2120. Düsseldorf: VDI, 2010, S. 15-22. - ISBN 978-3-18-092120-4
Weckenmann, A.; Krämer, Ph.; Dietlmaier, A.
- Messprozesseignung und Messunsicherheit - Abgrenzung und Nutzen. In: Sensoren und Messsysteme 2010 - Vorträge der 15. ITG/GMA-Fachtagung (18.-19.05.2010, Nürnberg). Berlin, Offenbach: VDE Verlag, 2010, S. 359-366. - ISBN 978-3-8007-3260-9
Werner, T.; Hartmann, W.; Kessel, R.
- Sequential bayesian estimation for data fusion and data-driven measurement uncertainty evaluation. 9th International Scientific Conference "Coordinate Measuring Technique CMT" (14.-16.04.2010, Bielsko-Biala, Poland). In: Sladek, J.; Jakubiec, W. (Eds.): Advances in coordinate metrology. University of Bielsko-Biala, 2010, p. 83-93. ISBN 978-83-62292-56-1
Garcia, E.; Weckenmann, A.
- Probing Systems for Coordinate Measuring Machines. In: Hocken, R. J.; Pereira, P. H. (Eds.): Coordinate Measuring Machines and Systems. Boca Raton, FL: CRC Press, 2011, pp. 93-124. - ISBN 978-1-57444-652-4
Weckenmann, A.; Hoffmann, J.
- Supporting analysis of measurement uncertainty via a user-centered assistance. 10th International Symposium on Measurement Technology and Intelligent Instruments - ISMTII 2011, 29.06.-02.07.2011, Daejeon, Korea, 2011, S. 159
Werner, T.; Hartmann, W.; Kessel, R.; Weckenmann, A.
- Koordinatenmesstechnik: Flexible Meßstrategien für funktions- und fertigungsgerechtes Prüfen. 2. Auflage. München: Hanser, 2012. - ISBN 978-3-446-40739-8
Weckenmann, A.;
