Annahmeprüfung und Bestätigungsprüfungfür Koordinatenmessgeräte.Eine kurze Einführung.

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ISO 10360

Annahmeprüfung und Bestätigungsprü-

fung für Koordinatenmessgeräte (KMG)

bestehend aus:

ISO 10360-1 (2000):

Begriffe 1)

ISO 10360-2 (2001):

KMG angewendet für Längenmessungen

ISO 10360-3 (2000):

KMG mit der Achse eines Drehtisches als

vierte Achse

ISO 10360-4 (2000):

KMG im Scanningmodus

ISO 10360-5 (2000):

KMG mit Mehrfachtastern

ISO 10360-6 (1999):

Fehlerabschätzung beim Berechnen

Gauscher zugeordneter Geometrie-

elemente(1)

(1) Diese Teile der Norm werden im wei-

teren nicht behandelt.

Eine kurze Einführung

Seit 1994 ist die internationale Normenreihe

ISO 10360 „Annahmeprüfung und Bestäti-

gungsprüfung für Koordinatenmessgeräte

(KMG)“ in Kraft. In dieser Norm werden

detaillierte Prüfverfahren für die verschie-

denen Einsatzmöglichkeiten eines KMG (für

die Formprüfung, mit oder ohne Drehtisch,

usw.) beschrieben.

Vor dem Kauf eines Koordinatenmessgerätes

sollte man sich daher unbedingt mit den

Grundlagen dieser Norm vertraut machen.

Die folgende kurze Einführung in die

ISO 10360, mit einigen Anwendungsbeispie-

len, erhebt keinen Anspruch auf Vollstän-

digkeit. Auch sind einige Begriffe im Sinne

eines besseren Verständnisses vereinfacht.

Die vollständigen ISO Normen können beim

Beuth-Verlag bezogen werden.

Einige Messmaschinen-Hersteller spezifizie-

ren ihre KMGs immer noch nach der früher

gebräuchlichen deutschen VDI/VDE 2617

Richtlinie oder nach der amerikanischen

Norm B89.

Als Kunde sollte man auf die vollständige

Angabe der Spezifikationen nach ISO 10360

bestehen, da nur dann die Leistungsfähigkeit

von verschiedenen Koordinatenmessmaschi-

nen verglichen werden kann.

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Volumetrische Längenmessabweichung E

ISO 10360-2 – KMG angewendet für Längenmessungen

Testablauf

5 Endmaße werden in 7 verschiedenen •

Positionen je 3 mal gemessen.

Gesamtzahl der Messungen: 5 x 3 x 7 = 105•

Alle Ergebnisse (100%) müssen innerhalb •

der Spezifikation liegen.

Volumetrische Antastabweichung P

(Formfehler des KMG)

Eine Referenzkugel wird mit 25 gleichmäßig •

verteilten Antastungen gemessen.

P = (R•max

- Rmin

= Kugelform)

Formfehler des KMG

Generelle Anmerkung:

Die ISO 10360 benutzt auch die Bezeichnungen MPEE, MPE

P, MPE

THP usw.

MPE steht für „Maximum Permissible Error“. In der Koordinatenmesstechnik

werden diese Spezifikationen allgemein nur mit E, P, THP usw. bezeichnet.

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ISO 10360-2 – Wo werden E und P angewendet?

Volumetrische Längenmessabweichung E

bezeichnet die Messabweichung des KMG beim Messen

von

Abständen•

Durchmessern•

Positionstoleranzen•

Volumetrische Antastabweichung P

bezeichnet die Messabweichung des KMG bei Formmessungen, d.h. beim Messen von

Geradheit•

Ebenheit•

Rundheit•

Zylinderform•

Freiformkonturen•

im Einzelpunktmodus.

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ISO 10360-3 – KMG mit der Achse eines Drehtisches als vierte Achse

Testablauf

1. Kugeln A und B auf Tisch

befestigen (z.B.: h = 400, r = 200mm).1)

2. Nullpunkt des Koordinatensystems in B

legen.

3. Kugel A in 14 Positionen messen:

7 Positionen von 0° bis 720°

7 Positionen von 720° bis 0°.

4. Kugel B in 14 Positionen messen:

7 Positionen von 0° bis -720°

7 Positionen von -720° bis 0°.

In der letzten Position (28) die Kugel A

noch einmal messen.

5. Spanne der Mittelpunktabweichungen X, Y

und Z für A und B berechnen.

(1) Die Messabweichungen eines Drehtisches

nehmen zu mit ∆ h, mit Radius r sowie mit

dem Werkstückgewicht.

6. Radiale Vierachsen-Abweichung

FR = Max. Spanne in X (A oder B)

Tangentiale Vierachsen-Abweichung

FT = Max. Spanne in Y (A oder B)

Axiale Vierachsen-Abweichung

FA = Max. Spanne in Z (A und B)

Drehtischfehler:

In radialer Richtung: FR; in tangentialer Richtung: FT; in axialer Richtung: FA

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ISO 10360-3 – KMG mit der Achse eines Drehtisches als vierte Achse

Auswertung einer Annahmeprüfung eines Drehtisches nach der ISO 10360-3

Die mit markierten Felder zeigen die maximalen Abweichungen.

Position Winkel gemessene Koordinaten

Nr. Kugel A Kugel B

XA

YA

ZA

XB

YB

ZB

0 0 401,6647 0,0000 -398,2276 0,0000 0,0000 0,0000

1 103 401,6632 0,0011 -398,2285 - - -

2 206 401,6631 -0,0016 -398,2270 - - -

3 309 401,6625 -0,0014 -398,2292 - - -

4 412 401,6652 0,0012 -398,2285 - - -

5 515 401,6648 0,0009 -398,2290 - - -

6 618 401,6660 -0,0011 -398,2270 - - -

7 721 401,6646 -0,0018 -398,2263 - - -

8 618 401,6658 -0,0015 -398,2273 - - -

9 515 401,6635 0,0006 -398,2265 - - -

10 412 401,6623 0,0003 -398,2260 - - -

11 309 401-6649 -0,0011 -398,2264 - - -

12 206 401,6640 0,0009 -398,2278 - - -

13 103 401,6638 0,0004 -398,2285 - - -

14 0 401,6655 -0,0013 -398,2277 0,0012 -0,0011 0,0015

15 -103 - - - -0,0005 0,0005 0,0007

16 -206 - - - -0,0011 0,0009 -0,0003

17 -309 - - - 0,0014 0,0014 -0,0010

18 -412 - - - 0,0020 0,0000 0,0002

19 -515 - - - 0,0001 -0,0019 0,0012

20 -618 - - - -0,0010 -0,0010 0,0012

21 -721 - - - 0,0017 0,0016 0,0009

22 -618 - - - -0,0003 0,0003 0,0013

23 -515 - - - -0,0009 -0,0003 -0,0008

24 -412 - - - -0,0017 -0,0018 -0,0003

25 -309 - - - 0,0011 0,0004 0,0006

26 -206 - - - 0,0018 0,0015 0,0004

27 -103 - - - 0,0005 0,0004 0,0014

28 0 401,6628 0,0020 -398,2290 -0,0018 -0,0009 -0,0007

Drehtischabweichung FRA

FTA

FAA

FRB

FTB

FAB

3,7µm 3,8µm 3,2µm 3,8 3,5 2,5

Messergebnis:

Radiale Vierachsenabweichung FR = 3,8µm

Tangentiale Vierachsenabweichung FT = 3,8µm

Axiale Vierachsenabweichung FA = 3,2µm

Wichtig: Vierachsenabweichungen sind immer bezogen auf das Gesamtsystem „Drehtisch mit KMG“.

Der gleiche Drehtisch liefert auf unterschiedlich genauen KMGs unterschiedliche Messergebnisse.

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ISO 10360-4 – KMG im Scanningmodus

Scanning-Antastabweichung THP

Wo wird THP angewendet?

THP bezeichnet die Messabweichung des KMG

bei Formmessungen, d. h. beim Messen von :

Geradheit•

Ebenheit•

Rundheit•

Zylinderform•

Freiform-Toleranzen•

im Scanning Modus.

Anmerkung: THP beschreibt das Scannen an

einer vordefinierten Linie mit einer hohen

Punktdichte. Die ISO 10360-4 beschreibt auch

die Spezifikationen für TLP, THN und TLN.

Diese werden in der Koordinatenmesstechnik

normalerweise jedoch nicht angegeben.

Testablauf

Eine Referenzkugel, • Ø 25 mm, wird mit 4

definierten Linien gescannt. Über alle Linien

bzw. alle aufgenommenen Punkte wird eine

Kugel gerechnet.

THP ist die Spanne aller Radien (Kugel-•

form), THP = Rmax

- Rmin

Beachten:

Die Scangenauigkeit ist abhängig von der

Scangeschwindigkeit. Deshalb muss der

THP-Wert mit der benötigten Gesamtmesszeit

angegeben werden, z.B. THP = 1,5 µm bei t =

45 sek.

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ISO 10360-5 – KMG mit Mehrfachtastern

Mehrfachtaster-Abweichungen für Lage, Maß und Form

KMG mit feststehendem Tastkopf

Testablauf

5 orthogonale Taster der Länge L werden

eingemessen.

Ein Taster (Länge 20mm) mit Verlängerung LE

wird in 5 orthogonalen Positionen eingemessen.

Danach wird eine Referenzkugel einmal mit jedem Taster bzw. einmal mit jeder eingemessenen Positi-

on gemessen (je 25 Antastungen, insgesamt 5 x 25 = 125 Antastungen).

Auswertungen(1):

Mehrfachtaster Lageabweichung

ML bzw. AL = Größte Spanne der 5 Kugelmittelpunkte in X, Y oder Z.

Mehrfachtaster Maßabweichung

MS bzw. AS = Abweichung des Kugeldurchmessers, aus 125 Messpunkten.

Mehrfachtaster Formabweichung

MF bzw. AF = Formabweichung der Kugel, aus 125 Messpunkten.

KMG mit Dreh-Schwenk Tastkopf

1) „A“ steht für „Dreh-Schwenk Tastkopf“

„M“ steht für „feststehender Tastkopf“

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ISO 10360-5 – KMG mit Mehrfachtastern

Auswertungen

Mehrfachtaster Lageabweichung AL / ML 1)

Größter axialer Abstand in X, Y, oder Z zwi-

schen den 5 gemessenen Kugelmittelpunkten.

Mehrfachtaster Formabweichung AF / MF 1)

über 125 Punkte von 5 verschiedenen Tastern

(feststehender Tastkopf) oder aus 5 ver-

schiedenen Orientierungen (Dreh-Schwenk

Tastkopf).

1) „A“ steht für „Dreh-Schwenk Tastkopf“

„M“ steht für „feststehender Tastkopf“

Mehrfachtaster Maßabweichung AS / MS 1)

über 125 Punkte von 5 verschiedenen Tastern

(feststehender Tastkopf) oder aus 5 ver-

schiedenen Orientierungen (Dreh-Schwenk

Tastkopf).

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ISO 10360-5 – Wo wird AL, AS und AF angewendet?

Mehrfachtaster-Abweichungen

AL (Lageabweichung),

AS (Maßabweichung) und

AF (Formabweichung)

müssen immer dann berücksichtigt werden,

wenn zum vollständigen Messen eines Merk-

mals ein Drehen / Schwenken des Tasters

erforderlich ist.

Beispiel:

KMG Spezifikationen:

E = 2,4 + L / 300; P = 2,8µm

AL = 4,8µm; AS = 1,9µm

AF = 8,6µm

Zu messendes Merkmal

Abstand 500 ±0.030

In diesem Fall muss die Mehrfach-

taster-Lageabweichung AL berück-

sichtigt werden.

Max. Messfehler für dieses Merkmal:

= AL + E

= 4,8 + 2,4 + 500 / 300

= 4,8 + 2,4 + 1,7

8,9µm

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ISO 10360-5 – Wo wird ML, MS und MF angewendet?

Mehrfachtaster-Abweichung

ML (Lageabweichung),

MS (Maßabweichung) und

MF (Formabweichung)

müssen immer dann berücksichtigt werden,

wenn zum vollständigen Messen eines Merk-

mals mehr als 1 Taster erforderlich ist.

Max. Messfehler für dieses Merkmal

= ML + E

= 1,9 + 0,9 + 500 / 600

= 1,9 + 0,9 + 0,8

3,6µm

Beispiel:

KMG Spezifikationen:

E = 0,9 + L / 600; P = 0,9µm

ML = 1,9µm; MS = 0,5µm

MF = 3,0µm

Zu messendes Merkmal

Abstand 500 ±0.030

Max. Messfehler für dieses Merkmal

= E

= 0,9 + 500 / 600

= 0,9 + 0,8

1,7µm

In diesem Fall ist die Mehrfachtaster-Lageabweichung ML zu berücksichtigen.

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Was sonst noch zu beachten ist

1. Taster

Für welche Taster gelten die angegebenen

Messabweichungen?

Die Angaben dazu finden Sie im Kleingedruck-

ten der jeweiligen Datenblätter.

In diesem wichtigen Punkt bestehen große

Unterschiede zwichen den verschiedenen KMG

Herstellern.

KMG Anbieter A: KMG Anbieter B: KMG Anbieter C:

2. Umgebung, Geschwindigkeit und Werkstückmaterial

Zur Beurteilung der Messabweichungen einer Messmaschine ist auch wichtig:

Für welchen Temperaturbereich bzw. welche Temperaturgradienten gelten die Spezifikationen?•

Für welche Maschinendynamik (Antastrate, Beschleunigung und Fahrgeschwindigkeit) •

gelten die Spezifikationen?

Für welches Werkstückmaterial gelten die Spezifikationen? •

Für Stahl (Ausdehnungskoeffizient 11,5µm/m/K) oder nur für Invar/Zerodur

(für beide Materialien liegt der Ausdehnungskoeffizient nahe 0µm/m/K)

So ist z.B. die Angabe für die Längenmessab-

weichung E bei 3 verschiedenen Herstellern

für jeweils folgende Taster gültig:

Maßstab 1 : 3Vorsicht:

Sollten im Datenblatt keine Tasterlängen spezifiziert sein, für die die angegebenen Genauigkeiten

gelten, unbedingt nachfragen.

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Verhältnis KMG Messabweichung zu Merkmaltoleranz

Toleranz Abstand oder Durchmesser [mm]

[mm] 50 100 200 400 600 1000 2000

± 0,003 0,3+ L / 1000

± 0,005 0,5 + L / 900 0,4 + L / 1000 0,3 + L / 1000

± 0,007 0,7 + L / 700 0,5 + L / 500 0,5 + L / 1000 0,3 + L / 1000

± 0,010 0,9 + L / 400 0,8 + L / 500 0,6 + L / 500 0,5 + L / 800 0,4 + L / 1000

± 0,015 1,3 + L / 300 1,2 + L / 350 0,9 + L / 350 0,7 + L / 500 0,6 + L / 800 0,4 + L / 900

± 0,020 1,8 + L / 200 1,6 + L / 250 1,3 + L / 300 0,9 + L / 350 0,8 + L / 500 0,6 + L / 700

± 0,030 2,8 + L / 200 2,6 + L / 250 2,2 + L / 250 1,7 + L / 300 1,5 + L / 400 1,0 + L / 500

± 0,050 4,7 + L / 150 4,3 + L / 150 4,0 + L / 200 3,0 + L / 200 2,6 + L / 400 1,7 + L / 300 1,0 + L / 500

± 0,070 6,5 + L / 100 6,0 + L / 100 5,7 + L / 150 5,0 + L / 200 4,0 + L / 200 2,0 + L / 200 2,0 + L / 400

± 0,100 9,5 + L / 100 9,0 + L / 100 8,0 + L / 100 6,0 + L / 100 6,0 + L / 150 5,0 + L / 200 4,4 + L / 350

Beispiel: Eine Bohrung mit 400 mm Durchmesser hat eine Toleranz von ± 0,010 mm.

Um dieses Merkmal zu prüfen, ist ein KMG mit einer Längenmessabweichung von

E = 0,5 + L / 800 [µm] oder besser erforderlich.

KMG Fähigkeitstabelle

Mit Hilfe dieser Tabelle kann man ermitteln, welche KMG Spezifikation E mindestens erforderlich ist,

um ein gegebenes Merkmal (Abstand bzw. Durchmesser mit Toleranz) sicher zu messen.

KMG Fähigkeitsanalyse

Mit Hilfe von Excel-Tabellen kann das Verhältnis von KMG Messabweichung zu Merkmaltoleranz für

alle kritischen Merkmale eines Werkstückes ermittelt werden.

KMG Typ Leitz Reference 15.9.7

Messabweichung nach ISO 10360-2 E = 0,9 + L / 400 [µm]

Nr. Merkmal Sollwert Obere Tol. Untere Tol. KMG Abweichung In % der Ratio[mm] [mm] [mm] [mm] Toleranz

1 Durchmesser 8 0,010 -0,010 ± 0,0009 9 % 1 : 10,9

2 Abstand 985 0,015 -0,015 ± 0,0034 22 % 1 : 4,5

3 Abstand 38 0,010 -0,010 ± 0,0010 10 % 1 : 10,1

4 Durchmesser 320 0,010 -0,010 ± 0,0017 17 % 1 : 5,9

5 Durchmesser 336 0,020 -0,020 ± 0,0017 9 % 1 : 11,5

6 Durchmesser 86 0,000 -0,024 ± 0,0011 9 % 1 : 10,8

7 Abstand 168 0,025 0,000 ± 0,0013 11 % 1 : 9,5

8 Abstand 70 0,012 -0,012 ± 0,0011 9 % 1 : 11,2

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Beispiel: Auswertungsprotokoll nach ISO 10360-2

Volumetrische Längenabweichung E

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Beispiel: Auswertungsprotokoll nach ISO 10360-4

Volumetrische Scanning Antastabweichung THP

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LeitzDie Marke Leitz als Teil von Hexagon Metrologysteht für hochgenaue Koordinatenmesssysteme, Verzahnungsmesszentren und Messköpfe. Die Systeme garantieren die Qualitätssicherung sowohl im Messraum als auch in Werkstattumge-bung. Die Entwicklung und Produktion erfolgt in Wetzlar, Deutschland. Seit über 30 Jahren bietet Leitz seinen Kunden innovative Messtechnik auf höchstem Niveau. Das Ziel bleibt dabei weiterhin, moderne Lösungen für anspruchsvolle Messauf-gaben zu liefern.

Hexagon MetrologyHexagon Metrology ist Teil der Hexagon-Gruppe und vereinigt führende Marken der industriellen Messtechnik in einem Unternehmen.

Hexagon Metrology GmbHLeitz DivisionSiegmund-Hiepe-Straße 2 – 1235578 WetzlarDeutschland

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Gedruckt in in der Schweiz. Februar 2010.7801

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