Höchste Präzision

Zur Quantifizierung der Fehler von Werkzeugmaschinen und Koordinatenmessgeräten wird normalerweise ein Autokollimator verwendet. Mit ihm kann man auf Geradheit, Rechtwinkligkeit, Parallelität und Drehgeberfehler prüfen.

Ein Autokollimator ist ein optisches Instrument, das über einen Normalbereich von 10 Minuten auf einfachste Art Messungen hoher Genauigkeit von Winkeln ermöglicht. Die Auflösung des Instruments beträgt häufig 0,1 Sekunden oder darunter, und dementsprechend wird leicht eine Messgenauigkeit von 1,0 Sekunden oder darunter erreicht. Autokollimatoren sind durch den Verwendung von Winkelstandards oder Polygonen zur Messung der Abweichung vom Nennwinkeln leicht einzusetzen. Moderne Autokollimatoren verfügen über die Möglichkeit, gleichzeitig in zwei Achsen zu messen. Auswerte-Software-Pakete verarbeiten die erhaltenen Messungen und bieten die grafische Darstellungen der Ergebnisse entsprechend den aktuellen VDI-/DIN-Normen.

Bei der Messung der Winkelfehler von Drehtischen misst ein Autokollimator mit Hilfe eines Polygons oder eines anderen Winkel-Normals die Abweichung vom Nennwinkel. Bei dem Winkelstandard handelt es sich in der Regel um einen Präzisions-Polygonspiegel (bis zu 72 Seiten) oder einen Teiltisch.

Bei dieser Art von Messung ist es äußerst vorteilhaft, dass die Präzision des Autokollimators nicht durch Brechung des Lichtstrahls beeinflusst wird, wodurch er in der Anwendung sehr robust und allerorts einsetzbar ist.

Mit der neuesten Software kann der Bediener entweder jeden Wert manuell mittels eines Schalters übernehmen oder ein regelmäßiges Zeitintervall zwischen der Abfrage der einzelnen Messwerte eingeben. Bei weitem die beliebteste Methode ist jedoch die Verwendung der Trigger-Funktion („Settling“) zur Eingabe von Messwerten. Diese Messmethode funktioniert über die Auslösung der Dateneingabe, wenn die Polygonseite zur nächsten Position gedreht wird und dabei die Anzeige des Messsystems kurzzeitig den Mess-bereich verlässt. Die Software wartet dann, bis die Autokollimator-Anzeige sich innerhalb festgelegter Grenzwerte stabilisiert hat und erfasst dann den neuen Messwert.

Bei der Messung wird der zu überprüfende Dreh-Tisch auf die Position gedreht, die dem Nennwinkel des Polygons entspricht (45 Grad-Inkremente bei einem achtseitigen Polygon). Ist die Positionierung exakt, zeigt der Autokollimator einen Winkelfehler von 0 Grad an. Ist dies nicht der Fall, kann der Fehler am Autokollimator abgelesen werden. Auf diese Weise wird der Drehtisch zu jeder Seite gedreht, bis alle Positionen überprüft sind. Bei Null Grad sollte der Tisch zur Nullabweichung zurückkehren.

Der hochpräzise Teiltisch stellt eine Alternative zum Polygon dar. Die übliche Winkelpräzision eines Teiltischs beträgt 0,25 Sekunden. Ein Teiltisch mit 360 Positionen leistet eine Auflösung von einem Grad. Teiltische sind mit jeder beliebigen Anzahl an Positionen pro Umdrehung erhältlich.

Ein Anwendungsbeispiel ist die Überprüfung einer Impulsscheibe, die auf der Drehachse eines Drehtischs montiert ist. Impulsscheiben sind sehr präzise Geräte. Ihre Hauptfehlerquelle besteht normalerweise in der Exzentrizität und Neigung des Gitters zur Rotationsachse und nicht in den Gitterlinien. Zur Verifizierung der Genauigkeit könnte ein 8- oder ein 12-seitiges Polygon verwendet werden.

Telescope Technologies wurde vor drei Jahren auf Basis eines Zuschusses des europäischen Fonds für regionale Entwicklung gegründet. Ziel war es, Großbritannien wieder in die Lage zu versetzen, große bis mittelgroße astronomische Teleskope zu fertigen. In der Folge des großen Interesses für das erste Projekt – ein zwei Meter großes robotergesteuertes Teleskop, das in Kürze auf La Palma auf den kanarischen Inseln installiert wird – hat sich das Unternehmen drei weitere Verträge sichern können, für Indien, Australien und Hawaii.

Diese großen Konstruktionen werden momentan in einem neuen, speziell dafür konzipierten Werk am Standort Twelve Quays in Birkenhead bei Liverpool gebaut. Die Bewegung dieser massiven Konstruktionen muss präzise kontrolliert werden – deshalb ist es absolut wichtig, dass die Lager, die die Dreh-Bewegung und Höhenverstellung des Telekops bewirken, in Bezug auf Geradlinigkeit und Rechtwinkligkeit präzise ausgerichtet sind. Der Bau dieser astronomischen Teleskope dauert ungefähr ein Jahr, und bei allen Anfangs-Konstruktionsphasen wird das Taylor Hobson Mikro-Fluchtfernrohr zur Prüfung von Geradheit und Rechtwinkligkeit intensiv eingesetzt.

Als erste Komponente wird der drei Meter grosse Bezugsring am Sockel der Struktur errichtet. Dieser muss auf eine Genauigkeit von 20 Mikrometer horizontal ausgerichtet werden (Bezug zur Gravitation). Er trägt das Teleskop über hydrostatische Lager und ermöglicht dadurch die Rotation (das Teleskop wiegt ungefähr 24 t).

Die gefertigte Hauptstruktur wird dann auf diesen Bezugsring gesetzt und zentriert. Das Taylor Hobson Mikro-Fluchtfernrohr ist dazu vertikal nach unten zeigend auf einem speziell angefertigten Stativ befestigt, mit einer Zielmarke in der Mitte des Basisrahmens. Zuvor wird die Zielmarke mittels einer elektronischen Talyvel-Richtwaage oder eines Quecksilberspiegels horizontal zur Schwerkraft ausgerichtet. Der Bediener dreht dann schrittweise die Basis, wobei er bei jedem Punkt einen Ausrichtwert abliest und bei Bedarf justiert. Nach Beendigung dieses Vorgangs wird der Rest der Konstruktion installiert, einschließlich der vertikalen Führungs-Lager, die die Höhenverstellung bewirken.

Diese Lager werden mit dem Mikro-Fluchtfernrohr auf Ihre Geradheit geprüft und mit Hilfe eines Rechtwinkelprismas und der Zielmarke in der Mitte des Basisrahmens rechtwinklig zum Bezugsring ausgerichtet.

Nach korrekter Ausrichtung der mechanischen Struktur können die Elektronik, Optik sowie die Steuerungs-Software installiert werden. Die Montage- und Prüfeinrichtungen bei TTL ermöglichen die gleichzeitige Konstruktion von vier Teleskopen in einzelnen Zellen. Jedes der Teleskope befindet sich dabei unter einem Schiebedach, das zurückgezogen werden kann, damit das fertiggebaute Teleskop vor dem Auseinandernehmen und Versenden am Himmel geprüft werden kann. Die abschließenden Ausrichtungsprüfungen für diese Teleskope werden – wie seit Jahrhunderten – anhand der Sterne selbst durchgeführt.

CONTROL, Halle 1, Stand 1400

Weitere Informationen A QE 402