Das Virtuelle Koordinatenmessgerät – ein Digitaler Metrologischer Zwilling
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Frank Härtig
,
Karin Kniel
and
Daniel Heißelmann
Zusammenfassung
Koordinatenmessgeräte (KMG) sind universell einsetzbare Längenmessgeräte zur Erfassung dreidimensionaler Objekte. Bei einer Messung unterliegen die einzelnen Messpunkte individuellen Einflüssen, die zur Messunsicherheit der Messergebnisse beitragen. Sind alle signifikanten Einflüsse erfasst, kann ein Messprozess mit dem sogenannten Virtuellen Koordinatenmessgerät (VCMM) vollständig simuliert werden. Ein wesentliches Ziel des VCMM ist die automatische Berechnung eines Messergebnisses unter Angabe eines Messwertes und seiner zugehörigen Messunsicherheit. Dies ist insbesondere für die noch in der Entwicklung befindlichen Rückführung für dimensionelle Messaufgaben an Großbauteilen für die Windenergie von Bedeutung, da materielle Normale in der erforderlichen Größe oftmals nicht zur Verfügung stehen. Für derart neue metrologische Herausforderungen werden Digitale Metrologische Zwillinge (D-MT), die wie das VCMM einen Messprozess vollständig abbilden, von zentraler Bedeutung. Dieser Beitrag beschreibt erstmalig die Definition für einen D-MT und die daraus resultierenden grundlegenden Anforderungen. An Messaufgaben wird gezeigt, welche Kriterien für vertrauenswürdige Eingangsdaten eines D-MT erfüllt sein müssen. Darüber hinaus wird auf die wichtige Unterscheidung zwischen systematisch bekannten, systematisch unbekannten und zufälligen Abweichungen eingegangen. Abschließend wird beschrieben, wie die zuverlässige Nutzung eines D-MT validiert und quantifiziert werden kann.
Abstract
Coordinate measuring machines (CMMs) are universally applicable length measuring devices for measuring three-dimensional objects. During a measurement, the individual measuring points are subject to individual influences that contribute to the measurement uncertainty of the measurement results. Once all significant influences have been recorded, a measuring process can be completely simulated with the so-called Virtual Coordinate Measuring Machine (VCMM). An essential goal of the VCMM is the automatic calculation of a measurement result, specifying a measured value and its associated measurement uncertainty. This is also particularly important for the traceability for dimensional measurement tasks on large components for wind energy, which is still under development. For such new metrological challenges, digital metrological twins (D-MT), which, like the VCMM, completely map a measurement process, are of central importance. For the first time, this article describes the definition and the resulting basic requirements for a D-MT. Exemplary measurement tasks show which criteria must be fulfilled for the input data in order to operate a trustworthy D-MT. Furthermore, the important distinction between systematically known, systematically unknown and random deviations is addressed. Finally, it is described how the reliable use of a D-MT can be validated and quantified.
Über die Autoren
Frank Härtig ist Vizepräsident der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt. Während seiner beruflichen Tätigkeit sammelte er in Industrie und am deutschen umfangreiche Erfahrung in Forschung sowie in nationalen und internationalen Gremien. Sein fachlicher Schwerpunkt liegt heute im Aufbau einer globalen digitalen Qualitätsinfrastruktur. Neben diesen Tätigkeiten ist er derzeitiger Präsident bei der International Measurement Confederation (IMEKO).
Karin Kniel ist Leiterin des Fachbereichs „Koordinatenmesstechnik“ der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt. Seit über 20 Jahren arbeitet sie in dem Bereich der Fertigungsmesstechnik. Ihre fachlichen Schwerpunkte liegen in der Entwicklung zunehmend digitalisierter Rückführungsstrategien in der Koordinatenmesstechnik sowie ganzheitlicher Mess- und Auswerteverfahren.
Daniel Heißelmann ist Leiter der Arbeitsgruppe „Koordinatenmesssysteme“ in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt. Seine Forschung befasst sich mit der Entwicklung Digitaler Metrologischer Zwillinge in der Koordinatenmesstechnik, Methoden zur Rückführung von Koordinatenmesssystemen sowie der Entwicklung Digitaler Kalibrierzertifikate (DCC) in der Längenmesstechnik.
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Author contributions: All the authors have accepted responsibility for the entire content of this submitted manuscript and approved submission.
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Research funding: None declared.
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Conflict of interest statement: The authors declare no conflicts of interest regarding this article.
References
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