Instandsetzung und Digitalisierung von Wegmesssystemen an hochgenauen Koordinatenmessgeräten in der Fertigungsmesstechnik

Abstract

Die vorliegende Diplomarbeit behandelt die theoretischen Grundlagen der Koordinatenmesstechnik als Teilgebiet der Fertigungsmesstechnik und befasst sich mit der Vorgehensweise zur Überholung veralteter, hochgenauer Koordinatenmessgeräte hinsichtlich der Methoden der Industrie 4.0. Es wurden die Hintergründe und die Anwendung des ISO-GPS-Systems beschrieben. Des Weiteren wurden die Einflüsse auf das Messergebnis und die notwendigen statistischen Methoden zur Bestimmung der Messunsicherheit erarbeitet. Der praktische Teil dieser Arbeit befasst sich mit der Digitalisierung eines Wegmesssystems sowie der Instandsetzung eines Koordinatenmessgerätes. Der erste Teil wurde im mechanischen Labor der Universidad Tecnológica Nacional de Buenos Aires ausgeführt, der zweite Teil im Feinmesstechniklabor der Technischen Universität Wien. Dabei wurden sowohl statistische Verfahren zur Bestimmung der Wahrscheinlichkeitsdichteverteilung und Kennzahlen der Messunsicherheit als auch das Ursache-Wirkungs-Diagramm als Werkzeug zur Fehlerursachenfindung angewandt. Das Ergebnis hat gezeigt, dass eine Genauigkeit von 30 µm mit diesem Messsystem möglich ist. Die Integration des Messsystems an dem Koordinatenmessgerät benötigt präzis gefertigte Montagehalterungen mit Möglichkeit einer Feineinstellung des Abstandes zwischen Magnetband und Magnetencoder. Durch die Fehleranalyse konnten mehrere defekte Bauteile gefunden und getauscht werden. Die Antriebe erreichen das Stillstandskriterium nicht. Dieser Fehler liegt mit hoher Wahrscheinlichkeit an einem Defekt an der Steuerplatine des Bedienpultes.

This thesis examines the theoretical principles of coordinate measuring methods as a subfield of production metrology as well as the procedures used to overhaul outdated, high-precision CMM's in the context of Industry 4.0. The background and application of the ISO-GPS-System have been outlined. In addition, influences on the measurement results and the necessary statistical methods to determine the measurement accuracy have been discussed. The practical part of this thesis deals with the digitisation of a position measurement system as well as the maintenance of a CMM. The first part was conducted in the mechanical laboratory of the UTN de Buenos Aires, the second part in the precision metrology laboratory of the TU Wien. Statistical methods have been applied to determine the probability distribution and the measurement accuracy; a cause-and-effect diagram has been used as a tool to determine the root cause of failure. The result shows, that an accuracy of 30 µm is possible with this measuring system. The integration of the measuring system on the CMM requires precisely manufactured mounting brackets with the possibility of fine adjustment of the distance between multi-pole magnetic strip and sensor. By examining the root cause of failure, several defective components have been found and replaced. The drives do not reach the stability criterion. This error occurs most likely due to a defect in the control panel board.