Multisensorische Messung der Geometrie von Großverzahnungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Andreas Fischer
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 387963343

Es sind neue Messsysteme für die geometrische Messung von Objekten erforderlich, um mit den gestiegenen Anforderungen an die Fertigungstoleranzen Schritt zu halten. So nimmt der geforderte dynamische Bereich des Messsystems für Anwendungen der Large Volume Metrology stetig zu. Zum Beispiel steigen bei Großverzahnungen mit zunehmendem Durchmesser und Modul zwar die Toleranzen, aber das Verhältnis von erforderlicher Messunsicherheit zu Messvolumen sinkt. Bezogen auf den Bauteildurchmesser ist bei einer Großverzahnung eine Messunsicherheit für die Bewertung der Profil-Gesamtabweichung erforderlich, die um eine Größenordnung geringer sein muss als bei einer kleinen Verzahnung. Zudem stoßen Koordinaten- und Verzahnungsmessgeräte bei großen Verzahnungen schnell an ihre Grenzen. Sie sind für die serielle Erfassung von Punkten ausgelegt und verfügen über ein individuell begrenztes Messvolumen. Daher sind sie langsam und schwer skalierbar. Gegenwärtige Messsysteme für den Bereich der Large Volume Metrology sind daher zum Teil nur für serielle Messungen konzipiert oder erreichen nicht die geforderte Messunsicherheit.Das geplante Forschungsvorhaben adressiert die Herausforderungen bei der geometrischen Messung großer Objekte hinsichtlich des dynamischen Bereichs und der Skalierbarkeit des Messsystems sowie des logistischen Aufwands und der Messdauer. Das Ziel ist, mittels eines neuartigen, konsequent modellbasierten Messansatzes in Kombination mit einem Multi-Sensor-System aus optischen Abstandssensoren eine Messtechnik für die geometrische Erfassung der Oberfläche von großen Objekten am Bespiel von Großverzahnungen einzuführen. Durch einen modularen Aufbau des Multi-Sensor-Systems kann das Messsystem an das erforderliche Messvolumen angepasst werden und eignet sich damit in besonderem Maße für Messungen an großen Objekten oder auch als in-situ Messsystem. Durch die gleichzeitige Erfassung mehrerer Oberflächenpunkte mit schnellen Sensoren lässt sich die Messdauer reduzieren.Der Kern des Vorhabens sind die die modellbasierte Auswertung eines Formparameters der Ist-Zahnradgeometrie (Grundkreisradius) und eine auf der Messunsicherheitsbetrachtung fußende optimale Auslegung des Multi-Sensor-Systems. Im Ergebnis soll für ein Messobjekt mit 2 m Durchmesser eine Messunsicherheit des Formparameters < 5 µm erreicht werden. Der benötigte dynamische Bereich der einzelnen Sensoren ist ebenfalls Gegenstand der Untersuchungen, da eine Vergrößerung des Messbereichs typischerweise mit einer größeren Messunsicherheit einhergeht. Deshalb soll geklärt werden, ob mit einer adaptiven Optik die Lage des Messbereichs ohne Vergrößerung der Messunsicherheit schnell nachführbar ist. Das mittels optischer Sensorik realisierte und charakterisierte Multi-Sensor-System wird mit Hilfe eines vorhandenen Groß-Koordinatenmessgerätes validiert. Darüber hinaus wird erstmals untersucht, ob bzw. wie das Messsystem sowie die modellbasierte Auswertung für komplexere Geometrien erweiterbar sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen