Werkzeuge, Gewindeprofile und Zahnflanken sind nur einige Beispiele für Messobjekte, die mit Mikro-Streifenprojektion effektiv gemessen werden können. Allen diesen Messobjekten gemeinsam sind die geringen Abmessungen und die komplexe Geometrie. Ein neu entwickelter Prüfkörper hilft bei der Beantwortung der Frage: Wie genau ist Mikro-Streifenprojektion an kleinen und komplexen Messobjekten?
Dr.-Ing. Michael Neugebauer Dr. rer. nat. Otto Jusko Dr.-Ing. habil. Ulrich Neuschaefer-Rube Dr.-Ing. Franz Wäldele Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Fachbereich Koordinatenmesstechnik
Klein, komplex – und genau gemessen?
Mikro-Streifenprojektionsmessgeräte sind sehr vielseitig im Einsatz. Entsprechend vielfältig sind auch die Messobjekte: verschiedenste Werkzeuge wie Schneidplatten, Senker und Reibahlen, Bauteile der Mikro-Systemtechnik, Zahnflanken und Gewindeprofile, aber auch der Einsatz in der Medizintechnik. Besondere Anforderungen stellen einerseits geringe nachzuweisende Toleranzen im Bereich von wenigen 10 µm aber insbesondere die komplexe Geometrie der meisten Messobjekte. Regelgeometrien sind die Ausnahme, daher ist der Begriff „Mikro-Freiformkörper“ für eine Vielzahl von Messobjekten zutreffend. Daraus resultiert auch der häufig notwendige Vergleich der Istgeometrie mit den CAD-Daten oder gar die Digitalisierung von Bauteilen beim Reverse Engineering.
Ein Prüfkörper für viele Anwendungen
Zur Prüfung dieser Messgeräte wurde in der PTB ein neuartiger Mikro-Prüfkörper entwickelt, der viele Vorzüge aufweist: So sind eine Vielzahl von Messgrößen verkörpert (> 100!) wie z.B. Radien von 2 mm bis 0,07 mm, Abstände von 30 mm bis 0,2 mm und Winkel von 20° bis 80°. Weiterhin können neun verschiedene Bereiche auf dem Prüfkörper entweder separat mit kleinen Messfeldern von bis zu 1 mm x 1 mm oder in Bezug zueinander mit größeren Messfeldern von bis zu 45 mm x 33 mm gemessen werden. Und schließlich ermöglicht die sehr homogene und diffus reflektierende Oberfläche einen hervorragenden optischen Kontrast und zwar ohne Beschichtungsspray!
2½-D als Kompromiss
Das Ziel, einen sehr kleinen und komplexen Prüfkörper präzise herzustellen und mit Messunsicherheiten von wenigen µm zu kalibrieren, führte zu einem Kompromiss: Der 2½-D Prüfkörper verkörpert ein über seine Breite konstantes Linienprofil und kann somit überhaupt kalibriert und zur Messung des Flächenprofils in verschiedenen Orientierungen eingesetzt werden. Die Herstellung erfolgt mit Drahterosion im Paket von 7 Prüfkörpern. Zur Kalibrierung mit Hilfe eines optischen Koordinatenmessgerätes wird ein neuartiges, patentiertes Verfahren eingesetzt. Die realisierten Messunsicherheiten liegen im Bereich von 1 µm bis 5 µm bzw. kleiner als 0,5°. Die Prüfung der Messgeräte kann entweder durch Vergleich mit dem kalibrierten Linienprofil oder durch Vergleich mit kalibrierten Parametern wie Radien, Abständen und Winkeln durchgeführt werden.
QE 519
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