Neuartiges Messverfahren zur 3D-Gewindekalibrierung unter Verwendung einer flächenhaften Messstrategie und eines ganzheitlichen Auswertealogorithmus

Das Gewinde zählt heutzutage zu den am häufigsten eingesetzten Maschinenelementen. Der Grund dafür ist die universelle Anwendbarkeit als Befestigungs-, Verbindungs-,
Bewegungs-, Dichtungs- oder Zentrierelement. Dabei stellt die Funktion häufig höchste
Anforderungen an die Genauigkeit der Gewindegeometrie. Demzufolge wächst der Anspruch an die technologischen Lösungen zur Fertigung und Prüfung von geometrischen
Merkmalen am Gewinde stetig.
Gewinde werden gemäß aktueller Normen und Richtlinien bislang nur stichprobenartig an
bestimmten Punkten und in ausgewählten Schnitten gemessen und ausgewertet. Die wendelförmige Geometrie lässt sich hinsichtlich ihrer Funktionalität daher nur unzureichend
bewerten. Der Einsatz einer flächenhaften Messstrategie und einer ganzheitlichen Auswertemethode revolutioniert die konventionellen Vorgehensweisen und ermöglicht zudem
erstmals eine funktionsorientierte Prüfung von Gewinden.
Die Gewindemetrologie steht deshalb in ihrer fast hundertjährigen Entwicklungsgeschichte im Zuge der vierten industriellen Revolution vor einem Paradigmenwechsel. Um diesem Rechnung zu tragen, beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit der Entwicklung
eines fortschrittlichen messtechnischen Verfahrens zur Rückführung von Bestimmungsgrößen am Gewinde mit den höchsten Anforderungen an die Messunsicherheit im Umfeld
eines nationalen Metrologieinstituts, der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB).
Das Messverfahren zielt auf den Einsatz von flächenhaften Messstrategien und ganzheitlichen Auswertemethoden im Sinne der im Jahre 2015 aktualisierten Technologie-Roadmap Fertigungsmesstechnik 2020 ab.
Die messtechnische Erfassung der Werkstückgestalt eines Gewindes erfolgt auf einem
Koordinatenmessgerät, welches in den letzten Jahrzehnten Einzug in viele Messlaboratorien gefunden hat. Die ganzheitliche Auswertung basiert auf dem erfassten dreidimensionalen Messdatensatz und einem geometrisch-idealen Modell eines Gewindes. Die bestmögliche Einpassung des Modells in den Messdatensatz erfolgt mit einem im Rahmen
dieser Arbeit implementierten Approximationsalgorithmus. Das Messergebnis liefert eine umfassende Angabe der Abweichungen in Maß-, Form- und Lage der Istgeometrie
bezüglich der Nenngeometrie.
Im praktischen Teil der Arbeit erfolgt anhand werkstückähnlicher Normale von Gewinden
der PTB die Verifikation der metrologischen Lösungsansätze.