VDI VDE 2617 Blatt 6 2-2005 Accuracy of coordinate measuring machines - Characteristics and their testing - Guideline for the application of DIN EN ISO 10360 to coordinate measurin.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREVERBAND DERELEKTROTECHNIKELEKTRONIKINFORMATIONSTECHNIKGenauigkeit von KoordinatenmessgertenKenngren und deren PrfungLeitfaden zur Anwendung vonDIN EN ISO 10 360 fr Koordinatenmessgerte mit optischen AbstandssensorenAccuracy of coordinate measuring machines Characteristics a

2、nd their testing Guideline for the application ofDIN EN ISO 10 360 to coordinate measuring machines with optical distance sensorsVDI/VDE 2617Blatt 6.2 / Part 6.2Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/VDE-Handbuch Mess-und Automatisierungstechnik, Band 2: Fertigungstechnisches MessenVDI/VDE-Ha

3、ndbuch Optische TechnologienVDI/VDE-Handbuch Mikro- und FeinwerktechnikVDI-Handbuch Betriebstechnik, Teil 3Zu beziehen durch / Available from Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2005Vervielfltigung auchfr innerbetriebli

4、che Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedICS 17.040.30Oktober 2005October 2005Frhere Ausgabe: 2.99; 10.04 EntwurfFormer edition: 2/99; 10/04 DraftInhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Zweck und Geltungsbereich . . . . . . . . . . 32 S

5、ensorarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Funktionsbeschreibung . . . . . . . . . . . . 43.1 1-D-Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . 43.2 2-D-Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . 93.3 3-D-Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Formelzeichen und Begriffe . . . . . . . . .

6、 115 Annahmeprfung . . . . . . . . . . . . . . . . 135.1. Antastabweichung . . . . . . . . . . . . . . 145.1.1 Prfkrper. . . . . . . . . . . . . . . 155.1.2 Definitionen der Kenngren . . . . 155.1.3 Durchfhrung . . . . . . . . . . . . . 165.1.4 Auswertung . . . . . . . . . . . . . . 165.2 Lngenmess

7、abweichung. . . . . . . . . . . 175.2.1 Prfkrper. . . . . . . . . . . . . . . 175.2.2 Definition der Kenngre . . . . . . 185.2.3 Durchfhrung . . . . . . . . . . . . . 185.2.4 Auswertung: . . . . . . . . . . . . . 21Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Objective and

8、scope . . . . . . . . . . . . . . . 32 Types of sensors . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Functioning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.1 One-dimensional methods . . . . . . . . . . 43.2 Two-dimensional methods . . . . . . . . . . 93.3 Three-dimensional methods . . . . . . . . . 114 Symb

9、ols and definitions. . . . . . . . . . . . . 115 Acceptance testing . . . . . . . . . . . . . . . 135.1 Probing error . . . . . . . . . . . . . . . . 145.1.1 Artefacts . . . . . . . . . . . . . . . . 155.1.2 Definition of the characteristics . . . . 155.1.3 Procedure . . . . . . . . . . . . . . . 16

10、5.1.4 Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . 165.2 Error of indication for size measurement . . 175.2.1 Artefacts . . . . . . . . . . . . . . . . 175.2.2 Definition of characteristic . . . . . . 185.2.3 Procedure . . . . . . . . . . . . . . . 185.2.4 Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . 21VDI/

11、VDE-RICHTLINIENVDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA)Fachausschuss KoordinatenmesstechnikDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-la

12、tion.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2005 2 VDI/VDE 2617 Blatt 6.2 / Part 6.2Seite6 berwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246.1 Prfkrper . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256.2 Durchfhrung . . .

13、 . . . . . . . . . . . . . 256.3 Auswertung . . . . . . . . . . . . . . . . 25Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Anhang Strukturauflsung . . . . . . . . . . . . 26VorbemerkungIn der Richtlinie VDI/VDE 2617 sind Kenngrenzur Beschreibung der Genauigkeit von Koordinaten-messgerten

14、 (KMG) festgelegt und Verfahren zu ih-rer Prfung beschrieben. Die Richtlinie besteht ausfolgenden Blttern:Blatt 1 GrundlagenBlatt 2.1 Leitfaden zur Anwendung von DIN EN ISO 10 360-2 zur Messung von LngenmaenBlatt 2.2 FormmessungBlatt 2.3 Annahme- und Besttigungsprfung von Koordinatenmessgerten groer

15、 BauartBlatt 3 Komponenten der Messabweichung des GertesBlatt 4 Leitfaden zur Anwendung von DIN EN ISO 10 360-3 fr Koordinaten-messgerte mit DrehtischBlatt 5 berwachung durch PrfkrperBlatt 5.1 berwachung mit KugelplattenBlatt 6.1 Leitfaden zur Anwendung von DIN EN ISO 10360 fr Koordinaten-messgerte

16、mit optischen Sensoren fr la-terale StrukturenBlatt 6.2 Leitfaden zur Anwendung von DIN EN ISO 10 360 fr Koordinaten-messgerte mit optischen Abstands-sensorenBlatt 7 Ermittlung der Unsicherheit von Messungen auf Koordinatenmessgerten durch SimulationBlatt 8 Prfprozesseignung von Messungen mit Koordi

17、natenmessgerten(in Vorbereitung)Blatt 9 Gelenkarm-Koordinatenmessgerte(in Vorbereitung)Blatt 10 Multisensor-Koordinatenmessgerte(in Vorbereitung)Seite6 Reverification. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246.1 Artefact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256.2 Procedure . . . . . . . . . . . . .

18、 . . . . . . 256.3 Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Annex Structural resolution . . . . . . . . . . . 26Preliminary noteThe guideline VDI/VDE 2617 specifies characteris-tics serving to describe the accuracy of coordinatemeasuri

19、ng machines (CMMs) and describes methodsfor testing these characteristics. The guideline con-sists of the following parts:Part 1 BasicsPart 2.1 Code of practice for the application of DIN EN ISO 10 360-2 for length measurementPart 2.2 Form measurementPart 2.3 Acceptance and reverification test for c

20、oordinate measuring machines of large dimensionsPart 3 Components of measurement deviation of the machinePart 4 Manual for the use of DIN EN ISO 10 360-3 for coordinate measuring machines with additional axes of rotationPart 5 Interim check with artefactsPart 5.1 Interim check with ball platesPart 6

21、1 Guideline for the application of DIN EN ISO 10360 to coordinate measuring machines with optical sensors for lateral stucturesPart 6.2 Guideline for the application of DIN EN ISO 10 360 to coordinate measuring machines with optical distance sensorsPart 7 Estimation of measurement uncertainty of co

22、ordinate measuring machines by means of simulationPart 8 Suitability of measurements using coordinate measuring machines for test procedures (in preparation)Part 9 Coordinate measuring machines with ar-ticulating arm (in preparation)Part 10 Multisensor coordinate measuring machinesB55EB1B3E14C22109E

23、918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2005 VDI/VDE 2617 Blatt 6.2 / Part 6.2 3 1 Zweck und GeltungsbereichZweck dieser Richtlinie ist es, fr Koordinatenmess-gerte Spezifikationen und Verfahren zu deren Pr-fung zu definieren.

24、Hierbei wird die Vergleichbarkeitder Kenngren von Koordinatenmessgerten mittaktilen und mit optischen Sensoren sichergestellt.Der Geltungsbereich bezieht sich auf Koordinaten-messgerte jeglicher Bauart mit optischen 1-D-, 2-D-oder 3-D-Abstandssensoren. Die Sensoren knnenber Zusatzeinrichtungen auch

25、dreh- oder schwenk-bar sein. Funktionsweise und Besonderheiten derSensoren werden erlutert.In enger Anlehnung an DIN EN ISO 10 360-2 wer-den die Verfahren fr die Annahmeprfung und frdie berwachung der Lngenmessabweichung undder Antastabweichung mit optischen Abstandssenso-ren definiert. Die Normenre

26、ihe DIN EN ISO 10 360ist in der bisher vorliegenden Form sehr stark an tak-tilen Sensoren orientiert. Deshalb legt diese Richtli-nie fr die Anwendung optischer Sensoren notwen-dige Ergnzungen fest:alternativ zu Endmaen verwendbare NormaleVergleichbarkeit der Kenngren bei Verwendungvon alternativen N

27、ormalen (beispielsweise mitkugelfrmigen Begrenzungsflchen)Vergleichbarkeit der Kenngren bei sensorab-hngig unterschiedlichen Antaststrategien (unter-schiedliche Punkteanzahl, Abdeckungsgrad deranzutastenden Elemente, Nutzung von Zusatzein-richtungen wie Dreh-/Schwenkeinrichtungen)Definition der Kenn

28、gren fr unterschiedlicheBetriebsbedingungen Hinweise zum Umgang mit Einflussgren wieUmgebungsbedingungen, mathematischen Fil-tern und der Oberflchenbeschaffenheit der Prf-krperZur Spezifikation und berprfung von optischenSensoren werden Richtlinien durch OSIS-Arbeits-gruppen (Optical Sensor Interfac

29、e Standard) defi-niert. Diese finden bei der Zusammenarbeit von Sen-sor- und Gerteherstellern bei der SystemintegrationAnwendung. Sie kommen nicht fr die Spezifikationund berprfung von Koordinatenmessgerten imVerhltnis zwischen Hersteller und Anwender zumEinsatz.1 Objective and scopeThis guideline i

30、s intended to give specifications forcoordinate measuring machines and define methodsfor the testing of these instruments. Comparability ofthe characteristics of coordinate measuring machineswith tactile and optical sensors is ensured. The scope includes coordinate measuring machinesof any type with

31、 optical one-, two-, or three-dimen-sional distance sensors. Sensors may allow swing-and-tilt movements by means of accessories. Thefunctioning and specifics of the sensors are ex-plained. The methods for acceptance testing and reverificationof error of indication for size measurement and prob-ing e

32、rror in optical distance sensors are defined inclose harmonisation with DIN EN ISO 10 360-2. Inits present form, the DIN EN ISO 10 360 series ofstandards is dominated to a large extent by tactile sen-sors. Consequently, this guideline provides the neces-sary additional specifications for the use of

33、opticalsensors:standards to be used as an alternative to gaugeblockscomparability of the characteristics where alterna-tive standards are used (having, e.g., sphericalboundary surfaces)comparability of the characteristics where probingstrategies differ for different sensors (differentnumber of point

34、s, differences in coverage of theelements to be probed, use of accessories such asswing-and-tilt equipment)definition of the characteristics for varying operat-ing conditions guidance on how to take into account influencingquantities such as environmental parameters,mathematical filters, and surface

35、 characteristics ofthe artefactsOSIS (Optical Sensor Interface Standard) workinggroups draft guidelines concerning the specificationand testing of optical sensors. These guidelines areused in the cooperation between sensor and instru-ment manufacturers for the purpose of system inte-gration. No refe

36、rence is made to them between man-ufacturers and users when specifying and testing co-ordinate measuring machines.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2005 4 VDI/VDE 2617 Blatt 6.2 / Part 6.2Tabelle 1. Optische

37、 Sensoren fr KoordinatenmessgerteTable 1. Selection of optical sensors for CMMs 3-D-Verfahren(ohne externe Achsen)Verfahren mit strukturierter Beleuchtung2-D-Verfahren(mindestens eine mechanischeAchse fr die 3D-Messung)triangulationsbasierte Verfahren Lichtschnittverfahren/Laserscanverfahreninterfer

38、ometrische Verfahren WeilichtinterferometrieFokusverfahren Konfokalmikroskopie1-D-Verfahren(mindestens zwei mechanischeAchsen fr die 3D-Messung)FokusverfahrenChromatisches FokusverfahrenLaserfokusverfahrenVideo-Autofokusverfahrentriangulationsbasierte Verfahren Punkttriangulationholographische Verfa

39、hren holographische KonoskopieThree-dimensional methods(w/o external frame of reference)Methods involving structured lightingTwo-dimensional methods(involving at least one mechanicalaxis for three-dimensional measurements)Methods based on triangulation Laser light section/Laser scanningInterferometr

40、ic methods White-light interferometryFocusing methods Confocal microscopyOne-dimensional methods(involving at least two mechanicalaxes for three-dimensionalmeasurements)Focusing methodsChromatic focusing methodLaser focusing methodVideo autofocus methodMethods based on triangulation Point triangulat

41、ionHolographic methods Holographic conoscopy2 SensorartenTabelle 1 zeigt eine Auswahl der fr Koordinaten-messgerte geeigneten optischen Sensoren. Siewurde nach Dimensionalitt der Sensoren und physi-kalischem Messprinzip gegliedert.3 Funktionsbeschreibung3.1 1-D-Verfahren3.1.1 PunkttriangulationEindi

42、mensionale Triangulationssensoren arbeitenmessend oder schaltend. Bei der messenden Arbeits-weise wird beispielsweise von der Lage des Licht-schwerpunkts auf dem Detektor des Sensors auf denAbstand zwischen Sensor und angetasteter Messob-jektoberflche rckgerechnet. Bei der schaltendenArbeitsweise wi

43、rd der Sensor in seiner Messrichtungverfahren, bis der Lichtschwerpunkt durch die opti-sche Achse luft und dadurch ein Schaltsignal er-zeugt.2 Types of sensorsTable 1 below compiles a selection of optical sen-sors suitable for coordinate measuring machines. Thetable has been structured according to

44、the number ofdimensions of the sensors and the underlying physi-cal principle of measurement. 3 Functioning3.1 One-dimensional methods3.1.1 Point triangulationOne-dimensional triangulation sensors are of themeasuring or switching type. In the case of measur-ing, e.g., the distance between the sensor

45、 and the sur-face of the test object being probed is calculated fromthe position of the centre of the light incident on thedetector of the sensor. In the case of switching, theentire sensor unit is moved along the direction ofmeasurement until the centre of the light intersectsthe optical axis, thus

46、 generating a trigger signal. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2005 VDI/VDE 2617 Blatt 6.2 / Part 6.2 5 In Bild 1 ist ein Beispiel eines Triangulationssensorsdargestellt. Eine Lichtquelle (z.B. Laserdio

47、de)emittiert einen kollimierten Laserstrahl in eine vorge-gebene Richtung. Die Strahlachse stellt dabei dieMesslinie dar. Der Strahl wird durch die Oberflchedes Messobjektes diffus reflektiert. Der so entstan-dene Lichtfleck wird von einer gegen die Laserstrahl-achse geneigten Abbildungsoptik auf ei

48、nen Positi-onsdetektor (z.B. eine positionsempfindliche Foto-diode, eine Differenzfotodiode oder eine CCD-Zeile)abgebildet. ndert sich der Abstand zwischen Sensorund Messobjekt um z, so verschiebt sich der abge-bildete Lichtfleck auf dem Detektor um h. Der ge-suchte Abstand zwischen dem Sensor und d

49、em Mes-sobjekt ergibt sich aus der Position der Schwerpunktsdes Lichtflecks auf dem Detektor.3.1.2 Holographische KonoskopieDie zu messende Objektoberflche wird mit einemLaser punktuell angetastet. Der Laserlichtfleck wirdauf der Objektoberflche diffus gestreut und stellteine Punktlichtquelle fr das Messsystem dar.Diese Punktlichtquelle wird ber eine Optik aufge-weitet und in einem doppelbrechenden Kristall, wel-cher sich zwischen zwei z