Neue Prüfnormale für optische Messverfahren

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Topic-Kugeln als Alternative

«Um diese Probleme zu lösen, haben wir zwei neue Prüfnormal-Typen entwickelt, die in den meisten Anwendungsfällen teils deutlich besser abschneiden als bisherige Ausführungen», weiss T. Jordi. Die beiden Prüfnormale haben die Bezeichnungen Topic white bzw. Topic black und weisen eine samtig strukturierte Oberfläche auf, welche sich für den Einsatz der verschiedenen optischen Messverfahren besser bewährt als das bisher übliche Hochglanz-Finish. Die Topic-Kugeln werden in den gleichen Standard-Durchmesserabstufungen hergestellt wie herkömmliche Prüfnormale für taktile Anwendungen. Die spezifischen Eigenschaften der beiden unterschiedlichen Topic-Ausführungen wurden speziell auf die Charakteristiken bestimmter optischer Messverfahren hin optimiert. Für Anwendungen mit sowohl taktilen als auch optischen Sensoren wird Topic black empfohlen.

Umfassende Qualifizierung

«Angesichts der Vielzahl unterschiedlicher optischer Messverfahren am Markt haben wir qualifiziert dokumentieren lassen, welcher Kugeltyp sich für den jeweiligen Einsatz am besten eignet», setzt T. Jordi hinzu. Hierfür wurde eine umfassende Untersuchung in Auftrag gegeben. Prüfstelle war das Institut für Produktionsmesstechnik der Interstaatlichen Hochschule für Technik Buchs. Dieses verfügt über ein zertifiziertes Labor mit zahlreichen Messsystemen und -technologien der Spitzenklasse, in dem die Prüfnormale mit den wichtigsten optischen Messsensoren getestet wurden. Als Vergleich wurden auch Prüfkugeln aus Keramik, Glas und Siliciumnitrid einbezogen.

Die Prüfungen erfolgten auf zwei unterschiedlichen Systemen: einem Koordinatenmessgerät Werth Video Check HA, das zusätzlich zum taktilen Messkopfsystem mit einem Video-Messkopf, einem chromatischen Weisslichtsensor oder mit Laser-Abstandssensoren bestückt werden kann, sowie einem Leitz Reference HP, auf dem neben einem taktilen Sensor ein berührungsloser HPO-Sensor (Hexagon Optical Probe) zum Einsatz kam. Bei allen Prüfnormalen wurden zunächst Durchmesser und Formabweichung exakt dokumentiert. Daran schloss sich ein umfassendes Prüfprogramm nach DIN EN ISO 10360 sowie VDI 2617 an. Zusätzliche Tests wurden mit einem Streifenprojektionsgerät Typ ATOS Triple Scan durchgeführt.

Wesentliche Ergebnisse

Im Rahmen des Messprogramms wurden entsprechend der Richtlinie VDI 2617 die Kenngrössen Durchmesser- bzw. Formabweichung der Prüfkugeln mithilfe der verschiedenen Messsysteme ermittelt. Für die Interpretation der ermittelten Messdaten sind folgende Zusammenhänge zu beachten: Der Wert PS bezieht sich auf die Bestimmung von Massen wie dem Durchmesser der Messkugel. Dieser wird in unterschiedlichen Richtungen ermittelt. Aufgetragen werden nicht die absoluten Messwerte, sondern die ermittelten Abweichungen. Mit dieser Methode erhält man eine Aussage über die systematischen Abweichungen des jeweils eingesetzten Messverfahrens bezüglich der Abmessungen des Prüflings.

PF bezieht sich dagegen auf Abweichungen der Prüflingsgeometrie von vorgegebenen Geometriemerkmalen wie Rundheit oder Ebenheit. Auch hier werden keine Absolutmasse, sondern Abweichungen ermittelt. Mit dieser Methode erhält man eine Aussage über die Streuung des eingesetzten Verfahrens. Da gerade bei optischen Messverfahren einerseits teils erhebliche Ausreisser auftreten können, diese jedoch andererseits hohe Datenraten liefern, bietet sich hier der Einsatz statistischer Auswertungsverfahren zur Ergebnisabsicherung an.

Wie die beiden Grafiken für PS und PF belegen, zeigen sich je nach Kugelmaterial und Messverfahren teils sehr deutliche Unterschiede:

• Bildverarbeitung (BV): Beide Topic-Kugeln liefern exaktere Durchmesser-Werte als Glas oder Siliciumnitrid.

• Taktile Messung (PRB): Die bisher eingesetzte Keramikkugel liefert erwartungsgemäss die besten Resultate.

• Laser: Es weisen beide Topic-Kugeln Vorteile gegenüber den anderen getesteten Kugeln auf und liefern deutlich bessere Leistungskenngrössen.

• Chromatischer Weisslichtsensor (CWL): Hier sind die Unterschiede zwischen allen Kugeln am geringsten.

• Beim HPO-Messsystem ist aufgefallen, dass sich die Topic-Black-Kugel besonders gut eignet, d. h. die kleinsten Messabweichungen liefert.

• Für Streifenlichtprojektion eignet sich die Topic white besonders gut. SMM

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