Rückführbarer taktiler, aktiver, kraft- und momentmessender Koordinatenmesssystem-Messkopf

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Fröhlich; Professor Dr.-Ing. Tino Hausotte
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505063926

Das geplante Projekt beinhaltet die Konzeption, den Entwurf, die Realisierung und die Verifizierung eines neuartigen taktilen, aktiven, kraft- und momentmessenden Koordinatenmesssystem-Messkopfes sowie die begleitenden grundlagenwissenschaftlichen Untersuchungen inklusive zur Rückführung der Messung der Antastkräfte und der Auslenkung des Tasters. Die Neuerungen des Messkopfes sind der Verzicht auf elastische Federsysteme und die Levitation des Tasters, die Antastkrafterzeugung vollständig mit Lorentzkräften, die in situ-Kraftkalibrierung gemäß dem Kibble-Prinzip sowie die spezielle Anordnung der Aktoren als Parallelkinematik und der Positionssensoren als Parallelmetrologie. Neben der Positions- und Kraftmessung soll die zusätzliche Messung der Orientierung und auftretenden Momente an der Tasterwechselplatte die Untersuchung neuartiger Korrekturansätze zur Reduzierung der Messunsicherheit für Messungen mit auskragenden und langen Tastern ermöglichen. Die verkürzte Rückführung der Kraft- und Momentmessung und die angestrebte geringe Messunsicherheit der Antastkraft soll es gestatten, die Antastkraft über mehrere Größenordnungen, mit zu erarbeitenden neuen Antaststrategien, gezielt zu variieren. Dies soll einerseits eine signifikante Reduzierung des minimalen Tastkugeldurchmessers und andererseits genaue Messungen von Objekten aus Aluminium oder Kunststoff sowie mit empfindlichen Oberflächen in konventionellen Koordinatenmessgeräten erlauben. Die Erzeugung und rückführbare Messung von Antastkräften bis 2 N mit Unsicherheiten von 20 mikro N + Messwert·0,0001 sowie die Kalibrierung der Antastkräfte ohne zusätzliche, externe Kraftkalibriereinrichtungen soll ermöglicht werden. Der Wechselteller mit Taster soll mit einem levitierenden Flotor (abgeleitet von Fliegen und Rotor) gekoppelt und dessen Lage (Position und Orientierung) mit Hilfe der Signale aus drei zu erarbeitenden, optoelektronischen 2D-Positionssensoren als Parallelmetrologie und von mindestens sechs Tauchspulenaktoren als Parallelkinematik geregelt werden. Die von den Aktoren erzeugten Lorenzkräfte dienen sowohl der Aufrechterhaltung des Levitationszustandes des Flotors als auch zur Messung der auf den Taster und levitierenden Flotor wirkenden Kräfte und Momente, die im Falle einer Einzelantastung oder eines Scanvorganges an einer Messobjektoberfläche auftreten. Die primäre Messung der Antastkraft nach dem Kibble-Prinzip ermöglicht eine Rückführung auf Naturkonstanten entsprechend des neuen, seit Mai 2019 gültigen, SI-Einheitensystems. Die Rückführung der Messung der Position und Orientierung soll über die primäre laserinterferometrische Längenmessung des für die Untersuchungen und Auslenkungskalibrierung genutzten Koordinatenmesssystems erfolgen. Besondere Herausforderungen werden an das Messdatenerfassungs- und Reglerkonzept gestellt, um den Flotor auch während der Antastung in einem Kräfte- und Momentengleichgewicht zu halten und gesteuerte, geregelte und Freiformscans durchführen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen