Inhaltsverzeichnis. Vorwort des Herausgebers...V. Inhaltsverzeichnis...VII. Autorenverzeichnis...XV. 1 Einführung Messaufgaben...

Transkript

1 Inhaltsverzeichnis Vorwort des Herausgebers...V Inhaltsverzeichnis...VII Autorenverzeichnis...XV 1 Einführung Ziele und Messobjekte der Fertigungsmesstechnik Werkstückgestalt Gliederung der gestaltbezogenen Mess- und Prüfaufgaben Einheiten für Länge und Winkel und Rückführung Fertigungsmessgeräte und Hilfsmittel Koordinatenmesstechnik und Koordinatenmessgeräte Multisensor Messgeräte Geschichte Messaufgaben Ziel der Messung Spezifikation geometrischer Eigenschaften Darstellung der Nenngeometrie Grundsatz der Unabhängigkeit als internationaler Tolerierungsgrundsatz Längenmaße Zweipunktmaß Größenmaße Hüllbedingung Toleranzzonen für Form- und Lagetoleranzen Formtoleranzen Bezüge, Bezugssysteme Lagetoleranzen Richtungstoleranzen...38

2 VIII Inhaltsverzeichnis Ortstoleranzen Lauftoleranzen Vollständige Produktspezifikation Konformitätsnachweis Partition Extraktion Werkstückbezugssystem Anzahl und Anordnung der Messpunkte Sensor Filterung Assoziation System der Geometrischen Produktspezifikation und -prüfung Grundprinzip und Gerätetechniken Konventionelles Messen Punkt-Maß Punkt-Maß Sinustisch Punkt-Abstand Bohrungsabstand von einer Ebene Zusammenfassung zur konventionellen Messtechnik Prinzip der Koordinatenmesstechnik Punktantastung und Ausgleichsrechnung Ersatzflächen und Ersatzlinien Minimale Anzahl Antastpunkte Anzahl Antastpunkte Beispiel Werkstückkoordinatensystem Verschiedene Kriterien für Ausgleichsrechnungen Definition von Lageabweichungen Systematik der Koordinatenmesstechnik Vergleich der Koordinatenmesstechnik mit konventioneller Messtechnik Gerätetechnik Geräteaufbau Typischer Geräteaufbau am Beispiel eines Portalgerätes mit stehendem Portal Mechanisches Justieren und Softwarekompensation Innerer Aufbau eines Koordinatenmessgerätes Handbediente Koordinatenmessgeräte Einständer-Koordinatenmessgeräte Koordinatenmessgeräte mit fahrendem Portal Doppelständer-Koordinatenmessgeräte Mehrstellenmessgeräte Tastelemente, Einmessen, Mehrfachtaster und Tasterradiuskorrektur...78

3 Inhaltsverzeichnis IX Tastelemente Einmessen Mehrfachtaster Tasterradiuskorrektur Erweiterungen Tasterwechseleinrichtung Dreh-Schwenktaster Drehtisch Scannen Automatischer Werkstückwechsel Unempfindlichkeit gegenüber Umgebungseinflüssen Messung nach Substitutionsmethode Messung von Formabweichungen Sensoren für Koordinaten messtechnik Taktile Antastung Einführung und Grundlagen Sinn und Zweck der Antastung Anforderungen an taktile 3D Tastsysteme Geschichtliche Entwicklung Aufbau, Komponenten, Begriffsdefinitionen Sensorik für taktile Antastsysteme Schaltende und messende Sensorik Serieller und paralleler Aufbau der Sensorik Resistiv schaltende Sensorik Schaltende Sensorik basierend auf Piezoelementen bzw. DMS Induktiv und kapazitiv messende Sensorik Skalenbasiert messende Sensorik Optisch messende Sensorik Pseudo-taktile Sensorik Antastabweichung Tastereinmessen und Bestimmung der Antastabweichung Antastkraft, Deformation, Empfindlichkeit, Luftantastung Filterwirkung und Einfluss der Formabweichung der Tastkugel Einzelpunktmessung und Scanning Tastelemente, Taststifte, Tasterbäume Beispiele taktiler 3D Tastsysteme für die Koordinatenmesstechnik Taktile Tastsysteme für konventionelle KMG Taktile Tastsysteme für Mikro-KMG Tastsysteme für spezielle Anwendungsfälle Anwendung taktiler Tastsysteme und Zusatzeinrichtungen Visuelle Sensoren Abbildungssysteme Beleuchtungssysteme...123

4 X Inhaltsverzeichnis Kameratechnik Software zur Bildauswertung Einbindung der Bildverarbeitungssensorik in Koordinatenmessgeräte Berührungslose Abstandssensoren Grundlegende Messprinzipien Abstandssensor mit Foucault scher Schneide Triangulationssensoren Photogrammetrie Streifenprojektion Fokusvariation Konfokale Abstandssensoren Weißlichtinterferometrie Konoskopischer Abstandssensor Rastersondenverfahren Einführung und Grundlagen Rastertunnelmikroskopie Ursprung der Rastersondenverfahren Rasterkraftmikroskopie Rastersondenverfahren im Kontext der Koordinatenmesstechnik Koordinatenmesstechnik mit Rastersondenverfahren ,5D Koordinatenmesstechnik mit metrologischen Rastersondenmikroskopen D Koordinatenmesstechnik mit Rasterkraftmikroskopie Grundlagen weiterentwickelter Gerätetechnik Lasertracker Einleitung Handtaster mit zusätzlicher Erfassung der Orientierung Anwendungen Flugzeugbau Vorrichtungsbau Qualitätssicherung von Großteilen und im Formenbau Kalibrierung von Maschinen Messunsicherheit und Normen Messunsicherheit Amerikanische Norm zur Prüfung von Lasertrackern: B Deutsche Richtline zur Prüfung von Lasertrackern: VDI Internationale Norm zur Prüfung von Lasertrackern in der Normungsreihe ISO Neue Technologien Der Virtuelle Lasertracker Multilaterationssystem Zusammenfassung und Ausblick Koordinatenmessgeräte mit Gelenkarmen Funktionsweise der Gelenkarm-KMGs Gelenkarm-KMG mit lineargeführter Z-Achse...168

5 Inhaltsverzeichnis XI Gelenkarm-KMG mit mehreren Gelenkarm-Segmenten Prüfung von Gelenkarm-Koordinatenmessgeräten D Nanomess- und Nanopositioniergeräte Einführung Stand der Technik von Nanopositionier- und Nanomessgeräten Laserinterferometrische Längenmesstechnik Grundlagen der Interferometer Metrologische Analyse Laserinterferometer für Nanomessgeräte Nanokoordinatenmessgeräte Aufbauprinzipien von Koordinatenmessgeräten (CMM) Aufbau, Wirkungsweise und Eigenschaften der Nanomessmaschine NMM Nanosensoren für Nanomessgeräte, Messergebnisse Anwendungsgebiete der Nanomessmaschinen Röntgentomographie Röntgenstrahlerzeugung Bildaufnahme Mechanik und Strahlenschutz Volumen- und Messpunkteberechnung Messabweichungen durch das Röntgentomographieprinzip Erweiterung des Einsatzbereichs von Koordinatenmessgeräten mit Röntgentomographie Anwendung von Koordinatenmessgeräten mit Röntgentomographie Optische Messsysteme Prinzip der Triangulation Berührungslose optische Erfassung von Werkstückoberflächen mit aktiver Triangulation Berührungslose optische Erfassung von Werkstückoberflächen mit passiver Triangulation Passive Triangulation mit zueinander kalibrierten Messkameras Passive Triangulation mit einer bewegten Messkamera Passive Triangulation mit Theodoliten Geometrieerfassung mit photogrammetrischen Trackersystemen Berührungslose optische Geometrieerfassung nach dem Licht-Laufzeitverfahren Optische Geometrieerfassung spiegelnder Oberflächen Messen mit mehreren Sensoren Optische Messsysteme mit Antastung in mehreren Einzelansichten Registrierung Datenfusion Multisensor-Koordinatenmessgeräte D Multisensor-Koordinatenmessgeräte Multisensor-Oberflächenmessgeräte...237

6 XII Inhaltsverzeichnis 5.7 Indoor-GPS (Global Positioning System) Funktionsweise und Komponenten des igps Skalierung des Messsystems Inhomogene Fehlerverteilung im Messsystem Anwendungsbeispiel: Regelung von Robotern Maschinenintegrierte Messtechnik Definition und Einordnung innerhalb der Fertigungsmesstechnik Pre- und Post-Prozess-Messtechnik Potenzial der dreidimensionalen Korrektur Sensoren zur Integration auf der Werkzeugmaschine In-Prozess-Messtechnik Pneumatische In-Prozess-Messtechnik Zukünftige Entwicklungen Von der technischen Zeichnung über den Prüfplan hin zum Messablaufplan Einführung in die Prüfplanung Prüfen der Unterlagen Erkennen der Merkmale Auswahl der Prüfmerkmale Abarbeiten der Prüfmerkmale (allgemein) Abstimmen mit Fachbereichen Dokumentation Eintragungen in den Prüfplan Inhalte eines Prüfplans Abarbeiten der Prüfmerkmale in der Koordinatenmesstechnik Einführung Prüfaufgabe analysieren Auswahl des Koordinatenmessgeräts und dessen Zusatzeinrichtungen Prüfplan für die Koordinatenmesstechnik Messstrategie definieren Orientierung des Werkstücks im Koordinatenmessgerät Koordinatensysteme Antaststrategie Auswertestrategie Messablauf festlegen Grundsätze Optimierungskriterien Messung vorbereiten Erforderliche Unterlagen Werkstück Koordinatenmessgerät Hilfsmittel Softwareunterstützung bei der Prüfplanung für die Koordinatenmesstechnik...285

7 Inhaltsverzeichnis XIII 7 Vom Messablaufplan über die Programmierung, Durchführung und Auswertung bis zur Ergebnisdarstellung Programmierung Software zur Programmierung für Koordinatenmessgeräte Rechnergestützte Schnittstellen für Eingangsinformationen: CAD und Planungssoftware Simulation und Kollisionskontrolle Rechnergestützte Übertragung von Messprogrammen Programmierung von automatisierten Systemen in der Produktion Programmierung bei speziellen Messaufgaben Messung und Auswertung der Koordinaten (Punkte) Messung: Messprogrammausführung Auswertung: Ableitung von Informationen aus den Messpunkten Ergebnisdarstellung und -übertragung Messprotokollgestaltung, Messprotokollarten Rechnergestützte Übertragung von Messergebnissen Spezielle Messaufgaben Spektrum der Messaufgaben mit komplexer Geometrie Messobjekte mit analytischer Geometriebeschreibung (funktionsbedingt gegeben) Messobjekte mit numerisch-approximativer Geometriebeschreibung Definition der Messaufgabe Messaufgaben-Definition an ausgezeichneten Punkten Messaufgaben-Definition entlang ausgezeichneter Linien Messaufgaben-Definition durch 3D Topografien Definition der Messstrategie Auswahlkriterien und Beurteilungskriterien Gerätebezogene Aspekte der Messstrategie Phasen der Messprogrammerstellung und der Programmierung des Prüfprozesses Ausrichten Methodik der Ausrichtung komplexer Messobjekte Ausrichtung nach dem Werkstück-Grundkörper oder nach funktionsbestimmenden Bezugsflächen Ausrichtung nach den Freiformflächen Ausrichtung mit Ähnlichkeitstransformationen Ausrichtung nach Teilflächen Messdatenauswertung Messdatenauswertung für Freiformflächen Zuordnung von Soll- und Ist-Punkten Tastkugelkorrektur Soll-Ist-Vergleich...348

8 XIV Inhaltsverzeichnis Berechnung von Abweichungs-Kenngrößen Sonderfall Verzahnungsmessungen Besondere Auswertemethoden Funktionsorientierte Prüfungen Prinzip der numerischen Funktionsprüfung in der Koordinatenmesstechnik Beispiel Tragbildprüfung bei Zylinderrädern Messunsicherheit und Rückverfolgbarkeit von Messwerten Metrologische Rückverfolgbarkeit Ermittlung der Messunsicherheit Messunsicherheitsbilanz Ermittlung der Messunsicherheit am kalibrierten Werkstück Ermittlung der Messunsicherheit durch Simulation Korrektur systematischer Abweichungen Annahme und Überwachung von Koordinatenmessgeräten Antastabweichung Längenmessabweichung Eignungsnachweis für Prüfprozesse und Messsysteme Wirtschaftlichkeit Kosten Nutzen und Zweckerfolg einer Messung Referenzmodell zur Bewertung des Zweckerfolgs einer Messung Methodisches Vorgehen Bewertungsansätze Konformitätsprüfung (Gestaltprüfung) Prozessfähigkeitsuntersuchung Statistische Prozesslenkung Schulungskonzepte Einführung Formen der Ausbildung Modernes Ausbildungskonzept CMTrain Ausblick auf künftige Ausbildung Stichwortverzeichnis...417