Der Durchmesser von Feinstdrähten kann nach verschiedenen Methoden gemessen werden. Die allgemeinen Verfahren sind Wiegen, Abbesches Längenkomparator, Mikrographie, Laserscanning und Laserinterferometrie. Die differenten Methoden legen keine vergleichbare Angaben bei Durchmessern kleiner 0,2 mm vor. Der Mangel an solchen authentischen Daten verursacht zwischen den Herstellern und den Verbrauchern von Draht, Monofile und Glasfasern viele Probleme. Der Grund für die Ungewißheiten ist, daß weltweit kein Absolutwertmeßsystem und kein zertifiziertes Referenzmaterial für die Kalibrierung der Meßgeräte existiert.
Im Februar 1996 wurde, unter Leitung der Firma KJM GmbH das Forschungsprogramm ABSODIAM (ABSOlute DIAmeter Measurements) gestartet. Partner dieses Projektes, das von der Europäischen Union gefördert wurde, waren fünf europäische Firmen und Institutionen: Physikalisch Technische Bundesanstalt (D), Monocrom (E), University of Madrid (E), Esteves PDT (NL), TVB Eupen (B).
Ziele des Projektes
Entwicklung eines Absolutwertmeßsystemes für Durchmessermessung an Drähten, Lackdrähten, Monofilen und Glasfasern mit Durchmessern zwischen 0,005 und 0,2 mm, mit einer absoluten Genauigkeit von 50 nm und einer Wiederholgenauigkeit von 10 nm;
Herstellung von zertifiziertem Referenzmaterial von Durchmessern zwischen 0,005 und 0,2 mm, mit einer Genauigkeit von 20 nm.
Die Realisierung
Um ein Absolutwertmeßsystem für kleine, zylindrische Objekte zu entwickeln, mußte sich das Konsortium zunächst für die anzuwendende Meßmethode entscheiden. Aufgrund nachstehender Faktoren erschien die Diffraktions-Analyse am vielversprechendsten:
- a) Der Meßbereich ist geeignet.
- b) Die Genauigkeit der Einzelmessungen bei kleinen Durchmessern ist sehr gut und die Wahrscheinlichkeit, daß sie weiter verbessert werden kann, ist ziemlich groß.
- c) Die Methode scheint nicht nur für Draht, sondern auch für Lackdraht, Monofile und Glasfasern völlig geeignet zu sein (siehe Tabelle).
Die Firma KJM GmbH hat bereits ein Meßgerät auf dem Markt, dessen Grundlage die Diffraktions-Analyse ist. Dieses System war der Ausgangspunkt für das ABSODIAM-Projekt. Im weiteren nennen wir dieses Durchmessermeßsystem, das auf der Diffraktions-Analyse beruht, ”DA-System”.
Im ersten Teil des Projektes wurden die physikalische Grundlagen weiterentwickelt, um die Wiederholgenauigkeit und die absolute Genauigkeit des DA-Systems zu erhöhen. Dies wurde einerseits mit der Verbesserung der im System benutzten Laserdiode, andererseits mit der Verfeinerung der Diffraktionsformel, die in der Signalverarbeitung verwendet wird, erreicht. Gleichzeitig wurden Vergleichsmessungen mit einem Abbesches Längenkomparator und einer Elektron-Optischen Metrologiesystem durchgeführt, um die Genauigkeit des vorhandenen DA-Systems zu kontrollieren.
Im zweiten Teil des Projektes wurde der Prototyp des Absolutwertmeßsystems aufgrund der theoretischen Ergebnisse erfolgreich aufgebaut und getestet.
Der Prototyp besteht aus folgenden Hauptelementen:
– Auswerteeinheit (PC, Monitor und Tastatur) mit Interface-Karte.
l Optische Platte, auf einem 72 kg schweren, völlig ebenen Granitblock montiert.
l Hochpräzise Mechanik zur Befestigung des Lasers, des Referenzmaterials, der Optik und der CCD-Kamera. Die Mechanik ist auf die optische Platte montiert.
l Stabiles Gehäuse, das die Teile vor Dunst und Licht schützt.
Während der Prototyp gebaut wurde, wurden hochpräzise Ziehsteine und die ersten Referenzdrähte hergestellt. Nach Diskussionen mit Industriefachleuten haben sich die Partner entschieden Invar als Referenzmaterial zu benutzen, das sehr gute mechanische Eigenschaften im Hinblick auf Drahtziehen (hohe Oberflächenqualität und sehr niedriger Ausdehnungsbeiwert) besitzt.
Als letzter Schritt bei der Herstellung des Referenzmaterials wurden die Drähte in speziell entwickelten Halterungen eingesetzt. Dies erfolgte mit Hilfe eines DA-Systems, so daß die richtige Position des Drahtes in der Halterung ständig mit Beobachtung des Diffraktions-Bildes kontrolliert wurde.
Die Tests des Absolutwertmeßsystems mit dem Referenzmaterial wurden in einem sauberen und dunklen Raum mit konstanter Temperatur (T = 20,9 ( 0,1°C) durchgeführt. Die erreichte Wiederholgenauigkeit war (0,010 (m.
Ergebnisse des Projektes
Das Projekt ABSODIAM wurde im April 1998 erfolgreich abgeschlossen: 90% der am Anfang festgesetzten Ziele wurden erreicht.
Mit der von den Partnern entwickelten neuen theoretischen Formel konnte die Eignung des ABSODIAM-Systems zur Absolutwertmessung des Durchmessers von Feinstdrähten im Bereich von 10 – 200 µm mit der gewünschten Genauigkeit gezeigt werden. Das System kann bei Draht, Lackdraht und Monofilen eingesetzt werden. Für Glasfasern ist es im heutigen Stand noch nicht geeignet.
Darüber hinaus wurden Referenzdrähte in der erforderlichen Qualität hergestellt, mit der Absicht, später als standard Referenzmaterial zu dienen.
Der Prototyp des Systems befindet sich zur Zeit in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt, Braunschweig. Dort wird er vollendet und für den Zertifizierungsprozess vorbereitet, um daraufhin ein zertifiziertes Kalibrationssystem zu werden.
Der Gebrauch dieses Referenzsystems in vielen Kalibrierungsinstituten wird zur Standardisierung der Kalibrierverfahren führen, was die Kontakte zwischen den Firmen, Laboratorien und Instituten in der Drahtindustrie leichter machten wird.
Weitere Informationen A QE 701
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