Modern coordinate measurement machines (CMM) are universal tools to measure geometric features of complex three-dimensional workpieces. To use them as reliable means of quality control, the suitability of the device for the specific measurement task has to be proven. Therefore, the ISO 14253 standard requires, knowledge of the measurement uncertainty and, that it is in reasonable relation with the specified tolerances. Hence, the determination of the measurement uncertainty, which is a complex and also costly task, is of utmost importance.The measurement uncertainty is usually influenced by several contributions of various sources. Among those of the machine itself, e.g., guideway errors and the influence of the probe and styli play an important role. Furthermore, several properties of the workpiece, such as its form deviations and surface roughness, have to be considered. Also the environmental conditions, i.e., temperature and its gradients, pressure, relative humidity and others contribute to the overall measurement uncertainty.Currently, there are different approaches to determine task-specific measurement uncertainties. This work reports on recent advancements extending the well-established method of PTB's Virtual Coordinate Measuring Machine (VCMM) to suit present-day needs in industrial applications. The VCMM utilizes numerical simulations to determine the task-specific measurement uncertainty incorporating broad knowledge about the contributions of, e.g., the used CMM, the environment and the workpiece.
ZusammenfassungKoordinatenmesssysteme sind vielseitig einsetzbar zur Prüfung geometrischer Merkmale an komplexen, dreidimensionalen Werkstücken. Eine wirkungsvolle Qualitätssicherung ist allerdings nur dann möglich, wenn ihre Eignung für die konkrete Messaufgabe nachgewiesen ist. Die DIN EN ISO 14253
Zusammenfassung
Bei der taktilen Erfassung einer Oberfläche lässt sich eine Beeinflussung des Messergebnisses durch die morphologische Filterung infolge der endlichen Größe des Antastelementes und die Wirkung der mechanischen Antastkraft nicht vermeiden. Durch die Simulation dieser Filterung und der zusätzlichen Berücksichtigung der elastischen Abplattung können Modelle für die Simulation von taktilen Koordinatenmessungen bereitgestellt werden. Zur Simulation der Abplattung werden die Oberflächenprofile in die einzelnen Wellen- bzw. Ortsfrequenzbestandteile zerlegt. Jede Wellenamplitude wird entsprechend ihres Anteils an der Verformung reduziert. Das daraus resultierende Profil wird hinsichtlich verschiedener Oberflächenparameter analysiert. Bei der Auswertung der Welligkeit und der Geradheitsabweichungen lassen sich unterschiedliche Effekte für verschiedenen Simulationsparameter und Auswertebedingungen erkennen. Der Einfluss der elastischen Abplattung auf das Ergebnis steht in Abhängigkeit von der betrachteten Werkstückoberfläche und des verwendeten Tastkugelradius. Signifikante Effekte sind bei regelmäßigen Oberflächenstrukturen und der Verwendung kleiner Tastkugelradien zu beobachten. Die aus der Simulation entstehenden Modelle können auch für die Simulation der Messunsicherheit verwendet werden.
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