Koordinatenmesstechnik, taktil und optisch – schon immer digital

Dietrich Imkamp; Rainer Tutsch

doi:10.1515/teme-2019-0064

Article

Koordinatenmesstechnik, taktil und optisch – schon immer digital

Dietrich Imkamp
Dr.-Ing. Dietrich Imkamp studierte Maschinenbau mit dem Schwerpunkt Fertigungstechnik und promovierte 2001 an der RWTH Aachen im Fach Maschinenbau. Anschließend wechselt er zur Carl Zeiss Industriellen Messtechnik GmbH. Dort ist er jetzt als Leiter Bridge Systems für die Portal-Koordinatenmessgeräte verantwortlich. Er ist Lehrbeauftragter an mehreren Hochschulen. Er ist stellvertretender Leiter des Fachbereichs Fertigungsmesstechnik der Gesellschaft für Mess- und Automatisierungstechnik des VDI/VDE und persönliches Mitglied des EURAMET (European Association of National Metrology Institutes) Research Councils.
and Rainer Tutsch
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Rainer Tutsch studierte Physik an der Universität Düsseldorf, es folgte die Promotion zum Dr.-Ing. an der RWTH Aachen. Nach einer Industrietätigkeit als Entwicklungsleiter nahm er im Dezember 2000 den Ruf auf eine Professur an der TU Braunschweig an. Seine Arbeitsschwerpunkte sind die Messung geometrischer Größen, die Mikro- und die Multisensormesstechnik sowie optomechatronische Systeme.

Published/Copyright: June 18, 2019

Published by

Become an author with De Gruyter Brill

Submit Manuscript Author Information Explore this Subject

From the journal tm - Technisches Messen Volume 86 Issue 9

Zusammenfassung

Wenn heute von der Digitalisierung der Produktion gesprochen wird, löst das in der Koordinatenmesstechnik häufig Verwunderung aus, weil die Koordinatenmesstechnik von Anfang an digitale Verfahren genutzt hat. Ohne die Möglichkeiten der Digitalisierung würde es sie gar nicht geben. Erst die rechnergestützte Auswertung ermöglicht eine effiziente Verknüpfung der gemessenen Koordinatenpunkte zu Merkmalen der Produktgeometrie. Heute werden bei optischen Messsystemen Millionen von Koordinatenpunkten in Sekunden aufgenommen und verarbeitet. Die Anwendung der Computertomographie für die Koordinatenmesstechnik wurde erst durch die heute zur Verfügung stehende Rechnerleistung möglich. Aufgrund der vorhandenen digitalen Systeme wurde die Koordinatenmesstechnik bei der Vernetzung schon frühzeitig eingebunden. Während am Anfang die rechnergestützte Übertragung von Ergebnissen im Vordergrund stand, sind heute Koordinatenmesssysteme teilweise vollständig in digital gesteuerte Produktionsprozesse integriert.

Abstract

The digitization is a key element of recent developments in production technology. From the point of view of coordinate metrology this is quite surprising, because coordinate metrology has applied digital technologies right from its start. Without digital data processing coordinate metrology would not even exist. The computer-based evaluation is the prerequisite for the efficient fusion of the measured point coordinates to get attributes of product geometry. Today optical measurement systems generate and process several millions of data points per second. The application of computed tomography was made possible by the high computing power of computer systems available today. Coordinate metrology instruments were integrated in evolving IT networks at a very early stage because the digital systems already existed in this field. While at the beginning the focus laid on the digital transfer of measurement results, today more and more devices of coordinate metrology are completely integrated in digitally controlled production processes.

Schlagwörter: Koordinatenmesstechnik; Fertigungsmesstechnik; Industrie 4.0

Keywords: Coordinate metrology; manufacturing metrology; Industry 4.0

About the authors

Dietrich Imkamp

Dr.-Ing. Dietrich Imkamp studierte Maschinenbau mit dem Schwerpunkt Fertigungstechnik und promovierte 2001 an der RWTH Aachen im Fach Maschinenbau. Anschließend wechselt er zur Carl Zeiss Industriellen Messtechnik GmbH. Dort ist er jetzt als Leiter Bridge Systems für die Portal-Koordinatenmessgeräte verantwortlich. Er ist Lehrbeauftragter an mehreren Hochschulen. Er ist stellvertretender Leiter des Fachbereichs Fertigungsmesstechnik der Gesellschaft für Mess- und Automatisierungstechnik des VDI/VDE und persönliches Mitglied des EURAMET (European Association of National Metrology Institutes) Research Councils.

Rainer Tutsch

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Rainer Tutsch studierte Physik an der Universität Düsseldorf, es folgte die Promotion zum Dr.-Ing. an der RWTH Aachen. Nach einer Industrietätigkeit als Entwicklungsleiter nahm er im Dezember 2000 den Ruf auf eine Professur an der TU Braunschweig an. Seine Arbeitsschwerpunkte sind die Messung geometrischer Größen, die Mikro- und die Multisensormesstechnik sowie optomechatronische Systeme.

Literatur

1. Pfeifer, T., Schmitt, R.: Fertigungsmesstechnik. Oldenbourg Verlag, München, 2010, ISBN 978-3486592023.10.1524/9783486711356Search in Google Scholar

2. Pfeifer, T., vom Hemdt, A.: Berechnung der Basiselemente und die Tasterkompensation in der Koordinatenmeßtechnik. Teil 1. In: tm - Technisches Messen, Oldenbourg Industrieverlag, 57(3) (1990), S. 114–123, Teil 2, tm - Technisches Messen, Oldenbourg Industrieverlag, 57 (1990) 5, S. 187-197.10.1524/teme.1990.57.jg.114Search in Google Scholar

3. Neumann, H. J.: Koordinatenmeßtechnik im industriellen Einsatz, Zehn Jahre Innovation. Verlag Moderne Industrie, Landsberg/Lech 2000, ISBN 978-3478932127.Search in Google Scholar

4. Weckenmann, A. (Hrsg.): Koordinatenmesstechnik: Flexible Strategien für funktions- und fertigungsgerechtes Prüfen. Carl Hanser Verlag, München 2012, ISBN 978-3446407398.10.3139/9783446429475Search in Google Scholar

5. Krystek, M.: ISO-Filter für die Fertigungsmesstechnik. In: tm - Technisches Messen, Oldenbourg Industrieverlag, 76(3) (2009), S. 133–159.10.1524/teme.2009.0927Search in Google Scholar

6. Imkamp, D.: Multisensorsysteme zur dimensionellen Qualitätsprüfung. In: PHOTONIK Fachzeitschrift für optische Technologien, AT-Fachverlag GmbH Fellbach, Ausgabe 06/2015 (Internet, 22.04.2019: www.photonik.de/multisensorsysteme-zur-dimensionellen-qualitaetspruefung/150/21002/317557.Search in Google Scholar

7. Christoph, R., Neumann, H. J.: Multisensor-Koordinatenmesstechnik, Dimensionelles Messen mit Optik, Taster und Röntgentomographie. Verlag Moderne Industrie / Süddeutscher Verlag onpact GmbH, München 2013, ISBN 978-3862360505.Search in Google Scholar

8. Imkamp, D., Wanner, J.: Vom Messablaufplan über die Programmierung, Durchführung und Auswertung bis zur Ergebnisdarstellung. In [4].Search in Google Scholar

9. Imkamp, D., Berthold, J., Heizmann, M., et al.(2016). Herausforderungen und Trends in der Fertigungsmesstechnik – Industrie 4.0. Prozessmesstechnik und Präzisionsmesstechnik / Thomas Fröhlich, Eberhard Manske. In: tm - Technisches Messen, 83(7-8), pp. 417–429. Retrieved 4 Apr. 2019, from doi:10.1515/teme-2015-0081.10.1515/teme-2015-0081Search in Google Scholar

10. Wäldele, F.: Genauigkeitssteigerung von Koordinatenmessgeräten durch numerische Fehlerkorrektur. In: Neumann, H. J. (Hrsg.): Präzisionsmesstechnik in der Fertigung mit Koordinatenmessgeräten, Expert Verlag, Ehningen bei Böblingen, 1988.Search in Google Scholar

11. Imkamp, D., Müller, H., Matczak, B.: Technical Progress in Tactile Probing Technology: “Navigator Scanning”. In: VDI-Tagungsband 1860, IMEKO ISMQC, October 12–15, 2004 Erlangen, VDI Verlag Düsseldorf 2004.Search in Google Scholar

12. Neugebauer, M., Franke, M., Heißelmann, D., Kniel, K., Bernhardt, R., Bendzulla, K.: Metrological traceability of an ultra-accurate CMM XENOS. In: Proceedings of euspen’s 19th International Conference &Exhibition, Bilbao, Spain, June 2019.Search in Google Scholar

13. JCGM 101:2008 Evaluation of measurement data — Supplement 1 to the “Guide to the expression of uncertainty in measurement” — Propagation of distributions using a Monte Carlo method, JCGM (Joint Committee for Guides in Metrology) 2008 (Internet, 22.04.2019: http://www.bipm.org/en/publications/guides/gum.html).Search in Google Scholar

14. Schmitt, R., et al.: Virtuelle Messgeräte: Definition und Stand der Entwicklung. In: tm - Technisches Messen, Oldenbourg Industrieverlag, 75(5) (2008), S. 298–310.10.1524/teme.2008.0872Search in Google Scholar

15. Bai, A., Bitte, F., Pfeifer, T.: Der Einsatz von Simulationen zur Bestimmung der Messunsicherheit von Interferometern. In: tm – Technisches Messen, Oldenbourg Industrieverlag, 69(5) (2002), S. 27–32.10.1524/teme.2002.69.5.258Search in Google Scholar

16. Schwenke, H.: Abschätzung von Messunsicherheiten durch Simulation an Beispielen der Fertigungsmesstechnik (Dissertation), PTB-Bericht F36, 1999, ISBN 3-89701-373-8.Search in Google Scholar

17. Hiller, J.: Abschätzung von Unsicherheiten beim dimensionellen Messen mit industrieller Röntgen-Computertomographie durch Simulation, Dissertation, Universität Freiburg 2011.Search in Google Scholar

18. Helmecke, E., Wohlgemuth, F., Klein, C., Hausotte, T.: Numerische Bestimmung der aufgabenspezifischen Messunsicherheit mit Hilfe eines virtuellen metrologischen Röntgencomputertomografen, in: Messunsicherheit praxisgerecht bestimmen, Tagung Erfurt, 15. bis 16. November 2017 (VDI Tagungsband 2319), VDI-Verlag, Düsseldorf 2017.10.51202/9783181023198-7Search in Google Scholar

19. Wäldele, F., Schwenke, H.: Automatische Bestimmung der Messunsicherheiten auf KMGs auf dem Weg in die industrielle Praxis. In: tm – Technisches Messen, Oldenbourg Industrieverlag, 69(12) (2002), S. 550–557.10.1524/teme.2002.69.12.550Search in Google Scholar

20. Franke, M., Kistner, T., Hausotte, T., et al.(2017). Bestimmung der Messunsicherheit für Koordinatenmesssysteme. In: tm - Technisches Messen, 84(5), pp. 325–335. Retrieved 4 Apr. 2019, from doi:10.1515/teme-2017-0016.10.1515/teme-2017-0016Search in Google Scholar

21. VDI/VDE-Richtlinie 2617 Blatt 7 Genauigkeit von Koordinatenmessgeräten - Kenngrößen und deren Prüfung - Ermittlung der Unsicherheit von Messungen auf Koordinatenmessgeräten durch Simulation. September 2008.Search in Google Scholar

22. ISO/TS 15530-4 Geometrical Product Specifications (GPS) - Coordinate measuring machines (CMM): Technique for determining the uncertainty of measurement - Part 4: Evaluating task-specific measurement uncertainty using simulation. Ausgabe: 2008-06.Search in Google Scholar

23. Schuth, M., Buerakov, W.: Handbuch Optische Messtechnik. Carl Hanser Verlag München, 2017, ISBN: 978-3-446-43634-3.10.3139/9783446436619Search in Google Scholar

24. Pfeifer, T.: Optoelektronische Verfahren zur Messung geometrischer Größen in der Fertigung. Expert Verlag, Renningen, 1993, ISBN 978-3816908630.Search in Google Scholar

25. Tutsch, R.: Fertigungsmesstechnik. Kapitel C.1. In: Gevatter, H.-J., Grünhaupt, U. (Hrsg.): Handbuch der Mess- und Automatisierungstechnik in der Produktion. 2. Auflage, Springer Verlag Berlin Heidelberg New York, 2006, ISBN-13 978-3-540-21207-2.Search in Google Scholar

26. Seitz, P.: Optical Superresolution Using Solid-State Cameras And Digital Signal Processing. In: Optical Engineering, 27(7), 1988, p. 535–540.10.1117/12.7976719Search in Google Scholar

27. Luhmann, Th.: Nahbereichsphotogrammetrie. 4. Auflage, Wichmann Verlag, 2018, ISBN 978-3-87907-641-3.Search in Google Scholar

28. Zacher, M.: Integration eines optischen 3D-Sensors in ein Koordinatenmessgerät für die Digitalisierung komplexer Oberflächen. Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (RWTH) Aachen 2004.Search in Google Scholar

29. Fischer, M., Petz, M., Tutsch, R.: Modellbasierte Rauschvorhersage für Streifenprojektionssysteme – Ein Werkzeug zur statistischen Analyse von Auswertealgorithmen. In: tm - Technisches Messen, Heft 84(2) (2017), S. 111–122, 10.1515/teme-2016-0059.Search in Google Scholar

30. Fischer, M., Petz, M., Tutsch, R.: Model-based noise estimation for fringe projection systems. In: 18. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2016, 10. und 11. Mai 2016 in Nürnberg, S. 534-539, ISBN 978-3-9816876-0-6.Search in Google Scholar

31. Kasperl, S., Hiller, J.: Artefaktkorrekturen beim dimensionellen Messen mit industrieller Röntgen-Computertomographie. In: tm - Technisches Messen, Oldenbourg Industrieverlag, 76(9) (2009), S. 401–409.10.1524/teme.2009.0918Search in Google Scholar

32. Westkämper, E., Spath, D., Constantinescu, C., Lentes, J.: Digitale Produktion. Verlag: Springer, 2013, ISBN 978-3642202582.10.1007/978-3-642-20259-9Search in Google Scholar

33. Pfeifer, T.: Ohne Messtechnik kein Fertigungsprozess. In: QZ Qualität und Zuverlässigkeit, Carl Hanser Verlag, München Jg. 48(5) (2003), S. 374–375.Search in Google Scholar

34. Pfeifer, T., Brauchle, R., Effenkammer, D., Kutschera, M.: Die Qualitätsprüfung im Durchbruch – Werkergerechte und prozess-orientierte Messtechnik. In: QZ Qualität und Zuverlässigkeit, Carl Hanser Verlag, München Jg. 44(1) (1999), S. 48.Search in Google Scholar

35. Pfeifer, T., Imkamp, D.: Koordinatenmesstechnik und CAx-Anwendungen in der Produktion – Grundlagen, Schnittstellen und Integration. Carl Hanser Verlag, München, 2004, ISBN 978-3446227330.Search in Google Scholar

36. DIN ISO 16792 Technische Produktdokumentation - Verfahren für digitale Produktdefinitionsdaten, 2008-12.Search in Google Scholar

37. Imkamp, D., Gabbia, A.: Nutzung des PMI Standards zur automatisierten Übertragung von Merkmalsdaten in die dimensionale Messtechnik, in: ITG-Fachbericht 250, Sensoren und Messsysteme 2014 zur 17. ITG/GMA-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2014 vom 03. bis 04. Juni 2014 in Nürnberg.Search in Google Scholar

38. Pfeifer, T., Golüke, H.: Maschinelle Programmierung von Mehrkoordinaten-Meßgeräten. In: QZ Qualität und Zuverlässigkeit, Carl Hanser Verlag, München Jg. 24(5) (1979), S. 124–128.Search in Google Scholar

39. ISO 22093 Industrielle Automatisierungssysteme und Integration - Steuerung von Maschinen - Schnittstellennorm für dimensionale Messtechnik (English: Industrial automation systems and integration - Physical device control - Dimensional Measuring Interface Standard (DMIS)). 2011.Search in Google Scholar

40. Krumholz, H. J., Beuck, W.: Das Koordinatenmessgerät im Qualitätsregelkreis. In: Pfeifer, T. (Hrsg.): Koordinatenmeßtechnik für die Qualitätssicherung, VDI Verlag, Düsseldorf 1992.10.1007/978-3-662-01070-9Search in Google Scholar

41. Mayer, S.: Merkmalsorientierte Prüfumfangsgenerierung auf Koordinatenmeßgeräten, Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (RWTH) Aachen 1999.Search in Google Scholar

42. Benetschik, P.: Kegelradverzahnungsmessung auf Koordinatenmeßgeräten, Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (RWTH) Aachen 1996.Search in Google Scholar

43. Ohnheiser, R.: Integrierte Erstellung numerischer Steuerdaten für flexible Fertigungssysteme, Dissertation, Universität Stuttgart, Verlag: Springer, 1984.10.1007/978-3-662-07939-3Search in Google Scholar

44. Imkamp, D., Frankenfeld, T.: Schnittstellen zur informationstechnischen Integration von Geräten der Fertigungsmesstechnik in die automatisierte Produktion. In: Tagungsband zum Kongress Automation 2009, 16.-17. Juni 2009, Baden-Baden, (VDI Bericht 2067), VDI Verlag, Düsseldorf 2009.Search in Google Scholar

45. MTConnect Standard, Version 1.4.0 (ANSI/MTC1.4-2018). MTConnect Institute, AMT - The Association For Manufacturing Technology, USA (22.04.2019: https://www.mtconnect.org/standard-download20181).Search in Google Scholar

46. Edstorm, D.: MTConnect, To Measure is to Know, Virtual Photons Electrons, LLC, in Ashburn, VA; USA, 1 edition (April 4, 2013), ASIN: B00C7FCSQU.Search in Google Scholar

47. MTConnectToolbox, 22.04.2019: https://github.com/johnmichaloski/MTConnectToolbox.Search in Google Scholar

48. IEC 62541 OPC Unified Architecture. Part 1-14, 100, 2010-2018.Search in Google Scholar

49. Schmitt, R., Voigtmann, C.: (2017). Sensorinformationen als Dienst – Baustein der vernetzten Produktion. In: tm - Technisches Messen, 84(5), S. 296–309. Retrieved 4 Apr. 2019, from doi:10.1515/teme-2017-0006.10.1515/teme-2017-0006Search in Google Scholar

50. Evans, J., Frechette, S., Horst, J., Huang, H., Kramer, T., Messina, E., Proctor, F., Rippey, B., Scott, H., Vorburger, T., Wavering, A.: Analysis of Dimensional Metrology Standards (NISTIR 6847). National Institute of Standards and Technology (NIST), USA 2001.10.6028/NIST.IR.6847Search in Google Scholar

51. ANSI/DMSC QIF 3.0 Quality Information Framework. Digital Metrology Standards Consortium, Inc. (DMSC), USA, 2018.Search in Google Scholar

52. Zhao, Y. F., Horst, J. A., Kramer, T. R., Rippey, W., Brown, R. J.: Quality Information Framework – Integrating Metrology Processes, In: IFAC Proceedings 45(6) (2012), pp. 1301–1308, (06.05.2019: 10.3182/20120523-3-RO-2023.00113). 23–25 May.Search in Google Scholar

53. Imkamp, D., Grieser C.: Onboard Diagnostics - Ein innovatives System zur Maschinenüberwachung. In: Sensoren und Messsysteme 2004, Tagung Ludwigsburg 15.-16.3.2004 (VDI-Berichte 1829), VDI-Verlag, Düsseldorf 2004, S. 785–789.Search in Google Scholar

54. Wendt, K., Franke, M., Härtig, F.: Validation of CMM evaluation software using TraCIM. In: Advanced Mathematical and Computational Tools in Metrology and Testing X, pp. 392–399, 2015, 10.1142/9789814678629_0047.Search in Google Scholar

55. Bui, S. H., Vorburger, T. V.: Surface metrology algorithm testing system. In: Precision Engineering, 31 (2007), pp. 218–225.10.1016/j.precisioneng.2007.01.002Search in Google Scholar

56. Ring, T.: Datenaustausch mit dem Kalibrierlabor - Die VDI 2623, Chancen und Synergien. In: Messunsicherheit praxisgerecht bestimmen, Tagung Braunschweig, 19. bis 20. November 2015 (VDI-Berichte / VDI-Tagungsbände 2269), VDI-Verlag, Düsseldorf 2015.Search in Google Scholar

Received: 2019-04-22

Accepted: 2019-06-05

Published Online: 2019-06-18

Published in Print: 2019-09-05

You are currently not able to access this content.

Articles in the same Issue

https://doi.org/10.1515/teme-2019-0064

Keywords for this article

Coordinate metrology; manufacturing metrology; Industry 4.0