Dreidimensionales optisches Messsystem für eine effizientere geometrische Maschinenbeurteilung

Sowohl Betreiber als auch Hersteller von Fertigungsanlagen haben höchstes Interesse die unproduktive und kostenintensive Maschinenanlaufphase schnell abzuschließen. Zur Sicherung der Qualität ist ein nach Norm festgelegter Abnahmeprozess vorgesehen. Hierbei ist die geometrische Maschinenbeurteilung eine grundlegende Maßnahme. Dieser Prozess ist jedoch zeitaufwändig und erfordert eine Vielzahl einzusetzender Verfahren und Messmittel. Eine zeitsparende automatisierte Maschinenabnahme ist nach dem Stand der Technik nicht möglich. Ferner fallen für die aktuell benötigten Mess- bzw. Messhilfsmittel hohe Kosten an. Hieraus ergibt sich die Zielsetzung der vorliegenden Arbeit: Der Einsatz eines neuartigen dreidimensionalen optischen Messsystems für die geometrische Maschinenabnahme. Ausgehend von der Definition eines Lastenhefts werden Eigenschaften und Anforderungen an das System festgelegt. In einem weiteren Schritt wird untersucht wie das aus Reflektoren und Sendeeinheiten bestehende Laser-µGPS in den Arbeitsraum eines Standardbearbeitungszentrums integriert werden kann. Anhand einer Simulation werden verschiedene Varianten vorgeschlagen, der Einfluß des geometrischen Aufbaus auf die Messunsicherheit untersucht und bezüglich ihrer Kosten und Umsetzbarkeit bewertet. Zur Anwendung des dreidimensionalen Laser-µGPS wird eine normgerechte Methode für die automatisierte Maschinenbeurteilung für Fräs- und Drehbearbeitungszentren ausgearbeitet. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit ist das Laser-µGPS System selbst. Um dieses unter Genauigkeitsaspekten für die Maschinenabnahme zu qualifizieren, wird eine Analyse des Systems durchgeführt. Die Integration eines neuartigen Referenzarms führt zu erheblich geringeren Messunsicherheiten. Eine präzise Positionsbestimmung erfordert die Kalibrierung des Messsystems. Hierzu werden geeignete Korrektur- bzw. Interpolationsansätze entwickelt und deren Anwendbarkeit untersucht. Als minimale Standardabweichung der Messunsicherheit eines Punktes im Raum wird in Y-Richtung 1,8 µm gemessen, in X und Z beträgt diese Abweichung jeweils circa 5 µm. Die Validierung des Systems erfolgt in Form einer Maschinenvermessung an einem Bearbeitungszentrum. Im Rahmen der Arbeit konnten sowohl die effektive Anwendbarkeit des Laser-µGPS für die automatisierte Maschinenabnahme entwickelt und validiert, als auch Ansätze zur Steigerung der Genauigkeit des Laser-µGPS extrahiert und umgesetzt werden.