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Lexikon der Optik: optische Längenmeßgeräte

optische Längenmeßgeräte, der optischen Präzisionsmessung dienende Meßgeräte, wobei inkrementale Meßverfahren, abbildende Verfahren, Interferenzmethoden oder Nullindikatoren zur Anwendung gelangen.

1) Inkrementale Verfahren gestatten eine digitale automatisierbare Datenerfassung mit hoher Genauigkeit.

Inkrementale Feinzeiger sind abgeschlossene Kleinmeßgeräte, an deren mit berührendem Tastelement versehenen Tastbolzen inkremental arbeitende optische Maßstäbe fluchtend nach dem Komparatorprinzip direkt angekoppelt sind und mit optoelektronischen Sensoren berührungslos abgetastet werden. Die Anzeige erfolgt in einer interpolierenden elektronischen Anzeigeeinheit. Dabei sind Meßbereiche von 10 bis 100 mm und Ziffernschritte von 1 μm üblich, aber auch Ziffernschritte von 5 nm bei einem Meßbereich von 60 mm sind in einem kommerziellen Feinzeiger realisiert.

O. L. nach inkrementalen Verfahren sind vielfach mit einer Referenzmarke versehen, die an einer dem inkrementalen Signalgeber fest zugeordneten Weg- bzw. Winkelposition ein Referenzsignal erzeugt. Damit ist ein reproduzierbarer Bezug der inkrementalen Zählung (beispielsweise des Nullwertes) zum Meßobjekt als "absolut" definiert, der auch bei Störausfall erhalten bleibt.

2) Abbildende Verfahren sind im allgemeinen dem klassischen Grundaufbau gemäß gestaltet. Benutzt werden Mikroskope und Fernrohre, sowie deren technische Spezialisierungen (technische Mikroskope, technische Fernrohre, Profilprojektor). Sie sind zum Messen mit besonderen Okularen (Doppelbildokular, Feinmeßokular, Meßokular, Spiralokular) oder mit einem Objektmikrometer sowie auch mit elektronischen Empfängern ausgestattet. Vorwiegend erfolgt die Messung visuell.

In der klassischen Längenmeßtechnik haben abbildende Verfahren eine entscheidende Bedeutung erlangt. Sie werden gegenwärtig weitgehend durch inkrementale ersetzt, wofür Genauigkeitssteigerung, Minimierung subjektiver Belastung und höhere Automatisierbarkeit die wesentlichen Ursachen sind. Mit erhöhtem subjektiven Aufwand lassen sich Genauigkeiten unter 1 μm erreichen, z.B. durch Schätzung bei der Ablesung der Position eines Präzisionsmaßstabes mit einem mit einem Spiralokular ausgestatteten Meßmikroskop auf 0,1 bis 0,2 μm.

Außer bei der mikroskopischen Betrachtung von Maßstäben werden abbildende Verfahren auch vielfach in Geräten zum Vergleichen, beispielsweise mit Schablonen oder Gewindeprofilen, und zur Profilkoordinatenmessung (Profilprojektor) angewendet. Weit verbreitet sind Meßmikroskope, Werkstattmikroskope und Meßprojektoren.

3) Interferenzverfahren haben eine große Bedeutung wegen ihrer hohen Genauigkeit und Automatisierbarkeit.

Für die Längenmessung werden Interferenzstreifen am elektronischen Empfänger des Laserwegmeßsystems gezählt. Derartige Systeme erreichen als kommerzielle Geräte mit entsprechender Interpolation Anzeigegenauigkeiten bis zu 10 nm bei Meßbereichen, die das Mehrfache von 10 m betragen können.

4) Nullindikatoren sind im allgemeinen Baugruppen in komplexen Meßsystemen, die unter Verwendung optischer Hilfsmittel reproduzierbare Antastbedingungen (z.B. bei Heranführen eines Meßtasters an eine koordinatenmäßig zu erfassende Fläche) zu verwirklichen gestattet. Sie zeigen mit ihrem Nullsignal an, daß die Antastung mit einer definierten Kraft erfolgt. Sie können mit Berührung (Tasthebel mit Kugelantastung) oder berührungsfrei (Reflexion, Lichtschranke) arbeiten.

Nullindikatoren spielen eine wichtige Rolle bei Längenmeßgeräten, wenn Prüfling und Maßstab gemeinsam gegenüber der Maßstabablesevorrichtung verschoben werden sollen bei weitgehend reproduzierbarer Prüflingsantastung. Sie sind bei Koordinatenmessungen von besonderer Bedeutung. Ihre Reproduzierbarkeit soll höher als die Maßstabgenauigkeit sein, sie liegt daher für Präzisionsmessungen im Nanometerbereich.

  • Die Autoren
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Dr. Robert Müller, Berlin
Prof. Dr. Gerhard Müller, Berlin
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