Schlüsselwörter
(Deutsch)
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3D Tastkopf, Parallelogramm, Nanometrologie, Kalibrierung, kraftfreie Antastung, Festkörpergelenke.
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Schlüsselwörter
(Englisch)
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3D touch probe, parallelogram, nanometrology, calibration, zero force sensing, flexible bearings.
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Neue messende 3D-Tastkopf -Varianten sind notwendig, damit die geforderte Wiederholbarkeit von weniger als 20 nm erreicht werden kann. Die vorgeschlagenen Lösungen sollen auf Parallelogramm-Strukturen mit Festkörpergelenken basieren.
Nach numerischen Simulationen soll ein Prototyp gebaut und getestet werden.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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New measuring 3D probes must be proposed to obtain the required repeatability of less than 20 nm. The proposed solution shall be based on parallelograms and flexible bearings. After numerical simulations a prototype shall be built and tested.
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Projektziele
(Deutsch)
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Ziel des Projekts ist es, ein 3D-Tastsystem für eine kleine 3D-Messmaschine (µ-CMM) zu entwickeln. Die Tastkugeldurchmesser soll kleiner als 0.2 mm sein und die Antastkräfte so klein, dass keine plastischen Deformationen am Messobjekt auftreten. Das messende Tastsystem soll durch Extrapolation einen messkraftfreien Antastpunkt liefern. Eine Wiederholbarkeit besser als 20 nm wird gewünscht.
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Projektziele
(Englisch)
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The goal of this project is to develop a 3D touch probe for a small CMM. The diameter of the touching sphere shall be smaller than 0.2 mm and the probing forces small enough that no plastic deformations occur on the object to be measured.
The measuring touch probe shall deliver an extrapolated contact point at zero force. A repeatability better than 20 nm is desired.
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Abstract
(Deutsch)
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Ein neues Tastsystem für Koordinatenmessgeräte mit austauschbaren Tastkugeln mit Durchmessern von 0.1 mm bis 0.3 mm und Tastkräften unter 0.5 mN wurde entwickelt. Der Messkopf basiert auf einer Kinematik mit Festkörpergelenken und ist aus einem einzigen Stück Aluminium gefertigt. Alle Rotationsbewegungen der Tastkugel werden blockiert und die verbleibenden lateralen Verschiebungen werden in ihre xyz-Komponenten zerlegt und mit je einem induktiven Sensor erfasst. Alle Achsen habe die gleich Orientierung bezüglich der Gravitation. Die Steiffigkeit ist isotrop und beträgt nur 20 N/m, wobei die effektive Masse 7 g ist. Erste Experimente mit dem Tastkopf wurden auf einer linearen Längenmessmaschine mit einem Laserinterferometer durchgeführt. Die Standardabweichung für wiederholtes Antasten eines Endmasses auf der linken und rechten Seite, d.h. die Bestimmung der Tasterkonstanten, war in der Grössenordnung von nur 5 nm. (Weitergehende Informationen siehe unter Publikationen.)
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Abstract
(Englisch)
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A new 3D touch probe for coordinate measuring machines (CMM) with exchangeable probes, with probing spheres in the diameter range of 0.1 mm to 0.3 mm and probing forces below 0.5 mN was developed. The device is based on parallel kinematics with flexure hinges and is manufactured out of a single piece of aluminium. All rotational movements of the probing sphere are blocked and the remaining possible translation motion is separated into its xyz-components, which are measured individually by an inductive sensor. All axes have the same orientation with respect to gravity. The stiffness is isotropic with a value of only 20 N/m, while the effective moving mass is about 7 g. First experiments with the 3D touch probe were performed on a linear measuring machine equipped with a laser interferometer. The standard deviation of repeated measurements, e.g. the difference between left and right probing on a 5 mm gauge block, was in the order of 5 nm. (For more information see the publication list).
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Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
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METAS wird den entwickelten Tastkopf in einem Folgeprojekt (µ-CMM: 115.02.FP.011) einsetzen. Um das momentan vorhandene Know-how für das METAS zu nutzen, wurde der Bau von drei weiteren Prototypen in Auftrag gegeben. Eine am Projekt beteiligte Firma ist an einer Kommerzialisierung interessiert. Eine Marktstudie finanziert durch das TopNano21-Forschungsprogramm hat begonnen.
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Umsetzung und Anwendungen
(Englisch)
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METAS will use the developed probe head in a follow-up project (µ-CMM: 115.02.FP.011). To make use of the know-how momentarily available, METAS ordered three additional prototypes. One of the project partners is interested in a commercialisation. A market study financed by the TopNano21 research project has started.
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Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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"Tastsinn von Koordinatenmessmaschinen verfeinert"
Felix Meli, M. Bieri, R. Thalmann, M. Fracheboud, J-M. Breguet, R. Clavel, S. Bottinelli, metINFO, Vol. 10, No. 1, 2003, p.4.
"High precision, low force 3D touch probe for measurements on small objects"
F. Meli, M. Fracheboud, S. Bottinelli, M. Bieri, R. Thalmann, J-M. Breguet, R. Clavel, Proc. of euspen Int. Topical Conference, Vol. 2, Aachen, Germany, May 2003, p.411-414.
"Novel 3D analogue probe with a small sphere and a low measurement force"
Felix Meli, M. Bieri, R. Thalmann, Maurice Fracheboud, Jean-Marc Breguet, Reymond Clavel and Stefano Bottinelli, Proceedings of Coordinate Measuring Machines, American Society for Precision Engineering, June 2003, Charlotte, North Carolina,USA, p.69-73.
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Publikationen / Ergebnisse
(Englisch)
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"Tastsinn von Koordinatenmessmaschinen verfeinert"
Felix Meli, M. Bieri, R. Thalmann, M. Fracheboud, J-M. Breguet, R. Clavel, S. Bottinelli, metINFO, Vol. 10, No. 1, 2003, p.4.
"High precision, low force 3D touch probe for measurements on small objects"
F. Meli, M. Fracheboud, S. Bottinelli, M. Bieri, R. Thalmann, J-M. Breguet, R. Clavel, Proc. of euspen Int. Topical Conference, Vol. 2, Aachen, Germany, May 2003, p.411-414.
"Novel 3D analogue probe with a small sphere and a low measurement force"
Felix Meli, M. Bieri, R. Thalmann, Maurice Fracheboud, Jean-Marc Breguet, Reymond Clavel and Stefano Bottinelli, Proceedings of Coordinate Measuring Machines, American Society for Precision Engineering, June 2003, Charlotte, North Carolina,USA, p.69-73.
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