4.1.2 - Messunsicherheitsuntersuchungen zur nichtinkrementellen Formmessung von rotierenden Objekten
- Event
- 18. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2016
2016-05-10 - 2016-05-11
Nürnberg, Germany - Chapter
- 4.1 Neue optische Sensorkonzepte
- Author(s)
- M. Schuster, R. Kuschmierz, A. Fischer, J. Czarske - Technische Universität Dresden, Dresden (Deutschland)
- Pages
- 235 - 241
- DOI
- 10.5162/sensoren2016/4.1.2
- ISBN
- 978-3-9816876-0-6
- Price
- free
Abstract
Zur in-situ Formvermessung schnell rotierender Werkstücke, wie sie beispielsweise bei einen Drehprozess in Werkzeugmaschinen vorliegen, sind Lasermesssysteme prädestiniert. Die meisten dieser Messsysteme beruhen dabei einzig auf einer Messung des Abstands zwischen Messobjekt und Sensor. Um daraus den Radius des Messobjekts bestimmen zu können, muss der Abstand zwischen Sensor und Rotationsachse des Messobjekts bekannt sein. Andernfalls wirkt sich eine Änderung dieses Abstands, die z.B. durch eine Änderung der Umgebungstemperatur hervorgerufen werden kann, direkt auf das Messergebnis aus und verursacht systematische Messabweichungen.
Um eine Messung des Radius unabhängig vom Arbeitsabstand zu durchzuführen, kann der Werkstückradius aus einer Messung der Oberflächengeschwindigkeit des rotierenden Messobjekts abgeleitet werden. Der phasenauswertende Laser-Doppler-Distanzsensor (P-LDDS) ermöglicht eine gleichzeitige, zeitaufgelöste Messung der Oberflächengeschwindigkeit und der Position. Somit ist der P-LDDS in der Lage, den mittleren Radius des Messobjekts und dessen örtliche Änderung unabhängig vom Arbeitsabstand zu bestimmen. Um den Temperatureinfluss auf die Formmessunsicherheit des P-LDDS zu quantifizieren, wird eine Messunsicherheitsbetrachtung nach GUM (Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement) unter Berücksichtigung zufälliger und systematischer Messabweichungen durchgeführt.
Im Ergebnis wird gezeigt, dass der P-LDDS durch die gleichzeitige Positions- und Geschwindigkeitsmessung in der Lage ist, die drei dimensionale Form schnell rotierender Objekte mit sub-mikrometer Unsicherheit zu bestimmen. Die systematische Messabweichung des absoluten Radius auf Grund der Temperatur beträgt dabei lediglich 200 nm/K. Der P-LDDS ist somit nicht auf klimatisierte Messräume angewiesen, was einen Einsatz direkt im Fertigungsbetrieb (in-situ, inprocess) erlaubt.