Konstruktion von Messspiegeln hochgenauer Mess- und Positioniermaschinen
von Markus LotzDie Arbeit hat das Ziel, einen Beitrag zur Entwicklung von hochgenauen Mess- und Positioniermaschinen
durch die Erarbeitung von Grundlagen zur Optimierung und konstruktiven
Ausführung vorhandener sowie der Erarbeitung neuer Messspiegelkonzepte zu leisten. Hierzu
wird der Stand der Technik von hochgenauen Mess- und Positioniermaschinen hinsichtlich
Anwendungsfelder, Aufbau und Messsysteme untersucht. Anhand der Untersuchungen ist zu
erkennen, dass Messspiegel einen wesentlichen Einfluss auf mechanische und messtechnische
Eigenschaften dieser Maschinen haben. Basierend auf dieser Erkenntnis erfolgt die systematische
Analyse der Messspiegel. Dabei werden Aufbau, Werkstoffe, Fertigungstechnik, Koppelstellen
und der Einfluss des Messspiegels auf die Messgenauigkeit betrachtet. Die Untersuchungen
zeigen: Bekannte Messspiegel begrenzen durch Asymmetrie um die Hochachse,
große Masse und Verformungen unter Eigengewicht die Genauigkeit und Dynamik von
hochgenauen Mess- und Positioniermaschinen und durch in der Höhe überstehende seitliche
senkrechte Spiegelflächen die Größe von Objekt und Tastsystem. Aus den Ergebnissen der
Analyse leitet sich die Problemstellung der Arbeit ab. Davon ausgehend folgt eine Auseinandersetzung
mit dem konstruktiven Entwicklungsprozess und dessen Anwendung bei der Konstruktion
von Messspiegeln. Dem schließt sich die Erarbeitung von Lösungsansätzen durch
Anwendung der Methoden Variation und Kombination an. Eine Konkretisierung der Lösungsansätze
führt zu fünf unterschiedlichen Gestaltvarianten von Messspiegeln. Besonders
hervorzuheben ist die neue und patentierte Gestaltvariante Tetraeder-Messspiegel, da sie bekannte
Nachteile wie beispielsweise Asymmetrie um die Hochachse und Einschränkung der
Objektgröße unter Einhaltung des Abbe-Komparatorprinzips vermeidet. Anhand von zwei
bekannten und bereits in hochgenauen Mess- und Positioniermaschinen eingesetzten Lösungsvarianten
werden deren Gestaltung und Optimierung gezeigt. Für den Tetraeder-
Messspiegel werden Berechnungsgrundlagen zur Dimensionierung und Koordinatentransformation
erarbeitet. Außerdem erfolgt anhand eines erstellten Versuchsmusters ein Nachweis
für dessen Funktion in hochgenauen Mess- und Positioniermaschinen durch die Integration in
einen Versuchsaufbau. Abschließend werden allgemein nutzbare Schlussfolgerungen für den
Entwurf von Messspiegeln in einer Konstruktionsrichtlinie zusammengefasst.
