Modellierung optischer Sensoren für die geometrische Messtechnik zur Messunsicherheits- und Messbarkeitsanalyse

Autor: Klaus Haskamp

ISBN: 978-3-943104-56-1

Dissertation, Leibniz Universität Hannover, 2012

Herausgeber der Reihe: Eduard Reithmeier

Band-Nr.: imr 03/2012

Umfang: 137 Seiten, 70 Abbildungen

Schlagworte: Virtuelle Messtechnik, Streifenprojektion, Schattenprojektion, Messunsicherheitsanalyse, Messbarkeitsprüfung, Assistenzsystem

Kurzfassung: Die mit einem Messsystem erreichbare Messunsicherheit muss um ein Vielfaches geringer sein als die vom Konstrukteur geforderten Bauteiltoleranzen, um die funktionsrelevanten Geometriemerkmale erfolgreich prüfen zu können. Die Messunsicherheit hängt von vielen verschiedenen Faktoren ab, wie beispielsweise der Erfahrung des Bedieners oder der Bauteilausrichtung des Werkstücks im Messvolumen. Die Analyse erfolgt in der Regel durch umfangreiche Untersuchungen an einem Referenzbauteil bzw. Normal und bringt sowohl einen hohen Zeit- und Kostenaufwand mit sich. Für die Angabe der Messunsicherheit bietet sich sowohl die Methode A als auch die Methode B nach GUM (Guide to the expression of Uncertainty inMeasurement) an, wobei Methode A einen statistischen Ansatz und Methode B eine wissenschaftliche Beurteilung auf Basis eines mathematischen Modells des Messprozeses darstellt. Um vor der eigentlichen Messung die Eignung der Messsysteme für die vorliegende Prüfaufgabe zu untersuchen, bietet sich der Einsatz virtueller Messtechnik für die Abschätzung der erreichbaren Messunsicherheit an. Virtuelle Messsysteme stellen eine numerische Simulation des Messvorgangs dar und bilden die physikalischen Vorgänge durch mathematische Modelle ab. In dieser Arbeit wird ein virtuelles Multisensor-Assistenzsystem auf Basis eines Schattenprojektionssystems und eines Streifenprojektionssystems entwickelt und für die Messunsicherheitsanalyse und die Messbarkeitsprüfung anhand von CAD-Modellen eingesetzt. Neben der mathematischen Beschreibung der Modelle werden auch Kalibrierverfahren zur Identifikation aller relevanten Systemparameter ausgearbeitet. Anschließend erfolgt auf Basis der mathematisch/physikalisch motivierten Modelle der Messsysteme die Entwicklung von Methoden zur Charakterisierung von Unsicherheiten sowie zur Prüfung der Messbarkeit von funktionsrelevanten Merkmalen.