DE3325387C2

DE3325387C2 - Prüfnormal zur Überprüfung von Längenmeßgeräten

Info

Publication number: DE3325387C2
Application number: DE19833325387
Authority: DE
Inventors: Hans-H. Dipl.-Ing. Dr. 7054 Korb Schüßler
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1983-07-14
Filing date: 1983-07-14
Publication date: 1985-05-15
Also published as: DE3325387A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Prüfnormal zur Überprüfung von Längen-Meßgeräten, welches aus einem Tragkörper und einer Mehrzahl von in definierter Lage daran gehalterten Endmaßstücken oder Formelementen gebildet ist. Zur Zwangstemperierung des Prüfnormales ist vorgesehen, daß wesentliche maßbestimmende, tragende Teile oder Wandungspartien des Tragkörpers wärmeleitend mit einem zwangstemperierten Fluid beaufschlagbar sind. Die Temperierungsflüssigkeit wird in einem gesonderten Gerät in engen Grenzen, beispielsweise auf 20 ± 0,1°C temperiert und mit hoher Geschwindigkeit und/oder Umlaufmenge durch ein entsprechendes Kanalsystem im Bereich der tragenden Teile bzw. Wandungspartien hindurchgeleitet. Eine flächenhafte Verteilung der Temperierungsenergie kann unter Zwischenschaltung von sogenannten Wärmerohren erfolgen. Nach Art eines Gittermastes aufgebaute Tragkörper von Stufenendmaßen können dadurch temperiert werden, daß die Längsholme im Bereich der Querschnitts-Ecken in Rohrform ausgebildet werden, die von dem zwangstemperierten Fluid durchströmbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Prüfnormal zur Überprüfung von Längenmeßgeräten nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie sie beispielsweise aus dem Zeitschriftenartikel »Zur Genauigkeit von Mehrkoordinaten-Meßgeräten und deren Überprüfung« in VDI-Z 1980, Seiten 535 bis 548, insbesondere den Seiten 542 und 546 als bekannt hervorgeht. Als Prüfnormale kommen zum einen Endmaße oder zinnenförmige Stufenendmaße (vgl. DE-PS 32 19 713) und zum anderen plattenförmige oder auch quaderförmige Prüfnormale (vgL z. B. DE-OS 30 24 560) in Betracht

Die Prüfnormale müssen der Größe des Meßvolumens der zu überprüfenden Meßgeräte angepaßt sein. Die dazu beispielsweise verwendeten Stufenei.dmaße soüten angenähert der Länge der Raumdiagonalen des quaderförmigen Meßvolumens des Meßgerätes entsprechen. Bei sehr großen Mehrkoordinaten-Meßgeräten, wie sie beispielsweise zur Vermessung von Fahrzeugkarosserien benötigt werden, können derartige P-üfnormale erhebliche Ausmaße annehmen. Obwohl derartige Meßgeräte in klimatisierten Räumen aufgestellt werden, können gleichwohl Temperaturunterschiede an den Prüfnormalen auftreten, insbesondere wenn diese sehr groß sind. Vor allen Dingen bei einer nennenswerten Erstreckung des Prüfnormals in Höhenrichiung ist aufgrund einer unvermeidlichen Tcmpers-

turschichtung innerhalb der umgebenden Luft mit einem entsprechenden Temperaturgradienten auch im Prüfkörper zu rechnen. Durch solche unkontrolliert auftretenden örtlichen und auch zeitlichen Temperaturschwankungen wird jedoch das Ergebnh der Genauigkeitsüberprüfung unL dessen Aussagekraft beeinträchtigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ausgestaltung der Prüfnormale anzugeben, aufgrund derer unkontrollierte zeitliche oder örtliche Temperaturschwankungen und dementsprechende Beeinträchtigungen der Aussagekraft von Kontrollvermessungen nicht oder nur in einem tolerierbaren Maße auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Dank einer Zwangstemperierung der Prüfnormale wird diesen örtlich und zeitlich eine gleichbleibende Temperatur aufgeprägt, so daß unk-^ntroILine Temperatur Schwankungen — zeitlich oder örtlich — nicht mehr auftreten. Außerdem können dank der Zwangstemperierung auch lange Wartezeiten für einen Temperaiur angleich nach einem Hereinholen eines Prüfkörpers aus einem nicht temperierten Lagerraum in den Meßraum vermieden werden. Die Temperierung kann durch die Umwälzung einer sehr feinfühlig temperierten Flüssigkeit entlang der tragenden Teile bzw. Wandungspartien der Prüfnorrnale erfolgen. Eine flachendeckende Verteilung der Temperatur des umgewälzten und zwangstemperierten Fluids kann mit Hilfe ei -s sogenannten Wärmerohres erfolgen, was an sich bekannt ist.

7war ist es bekannt, daß eine bestehende und aufgrund vom Messungen bekannte Temperaturdifferen? zwischen Prüfling und Meßgerät rechnerisch berücksichtigt werden kann, indem ein temperaturbedingter Meßfehler dem tatsächlichen Meßergebnis hinzuaddiert bzw. von ihm abgezogen wird, je nachdem, ob der Prüfling kalter oder wärmer als das Meßgerät ist (vgl. Archiv für technisches Messen. Mai 1955. Seite 101 . 104). Fur eine Genauigkeitssteigerung der Messung aufgrund einer Berücksichtigung der Temperatur der beteiligten Komponenten müssen danach nicht nur die Temperatur des Prüflings, sondern auch die des Meßgerätes bekannt sein und rechnerisch berücksichtigt werden. Jedoch müssen ohne Zwangstemperierung zunächst erst stationäre Temperaturverteilungen durch freien Temperaturausgleich abgewertet werden, wozu bei der zu fordernden Genauigkeit wenigstens ein halber Tag anzusetzen ist.
Auch eine Lagerung des Prüfnormals vor Aufnahme

der Vergleichsmessung in dem temperierten und klimatisierten Meßraum, in dem die Meßmaschine aufgestellt ist, bringt in dieser Hinsicht kaum eine Abhilfe, wei! das Prüfnormal vor Beginn der Messung manuell innerhalb des Meßvolumens der Meßmaschine aufgespannt werden muß, wobei es durch Handwärme und Atemluft in unkontrollierbarer Weise örtlich und zeitlich Temperaturänderungen erfährt. Abgesehen davon unterliegen insbesondere Groß-Prüfnormale auch nach längerem freien Temperaturausgleich einer Temperaturschichtung, weil es unvermeidbarerweise trotz einer Klimatisierung des Meßraumec innerhalb der Umgebungsluft zu einer Temperaturschichtung komm*. Dank der Zwangstemperierung des Prüfnormals ist also lediglich noch die Temperatur der Meßmaschine selber mit einem gewissen Unsicherheitsfaktor behaftet, so daß durch die Beseitigung eines Unsicherheitsfaktors innerhalb der Temperaturfehlerrechnung ein kleinerer Fehler garantiert werden kann, als wenn beide Glieder innerhalb eines gewissen Streubereiches läger.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden. Im übrigen ist die Erfindung anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele nachfolgend noch erläutert; dabei zeigt

F i g. 1 ein quaderförmiges Prüfnormal mit mehreren an den Seitenflächen verteilt angeordneten Formelementen, insbesondere Buchsen, in Schrägansicht,

Fi g. 2 einen Querschnitt durch das Prüfnormal nach F i g. 1 mit einer Zwangstemperierung der Seitenwandungen unter Zwischenschaltung von sogenannten Wärmerohren und

F i g. 3 und 4 die Zwangstemperierung eines Groß-Stufcnendmaßes in Gitterbauweise durch die Längsholme und bei einem Kompakt-Stufenendmaß.

Das in den F i g. 1 und 2 gezeigte Prüfnormal 1 ist quaderförmig aufgebaut; sein Tragkörper 2 weisi an mehreren Γ lachseiten geschlossene Wandungen 6 auf, von denen zwei mehrere Formelemente 5 tragen. Diese sind ihrer gegenseitigen Lage nach aufgrund einer genauen Urvermessung sehr genau bekannt. Durch Nachmessen der Lage dieser Formelemente auf dem Prüfnormal anhand eines zu überprüfenden Mehrkoordinaten-Meßgerätes kaiin dessen Meß_benauigkeit kontrolliert verden. Da dieses Prüfnormal sich über eine gewisse Höhe hinweg erstrecht und trotz einer Klimatisierung des Meßraumes mit einer gewissen Temperaturschichtung der umgebenden Luft zu rechnen ist und da außerdem die Kontrollvermessung sich über einen längeren Zei.raum hinweg erstreckt und somit auch zeitlich mit Temperaturschwankungen zu rechnen ist. ist an dem Prüfnormal erfindungsgemäß eine Zwangstemperierung vorgesehen, durch die dem Prüfnormal örtlich und zeitlich eine gleichbleibende Temperatur aufgeprägt wird. In einem Temperier- und Umwälzgerät 11 wird einer Flüssigkeit eine innerhalb enger Grenzen gleichbleibende Temperatur durch gezieltes Kühlen bzw Erwärmen gegeben und diese Flüssigkeit über Vorlauf- und Rücklaufleitungen 9 bzw. 10 umgewälzt und in geeigneten Kontakt mit den Wandungspartien des Prüfnormals gebracht. Die Innenseite des hohl ausgebildeten quaderförmigen Prüfnormals 1 sind wärmeleitend mit einem flächenhaft sich erstreckenden Wärmerohr 12 gekoppelt. Das flächenhaft sich erstreckende Wärmerohr 12 ist als geblähter Teilverbundschichtkörper, auch häufig als sogenannter Roll-Bond-Körper bezeichnet, ausgebildet, dessen eine Seite durchgehend flach gestaltet ist. Diese Üache Seite des flächenhaften Wärmerohres ist wärmeleitend an die Innenseite der Wandung 6 angeklebt. Stattdessen wäre auch eine flächenhafte Anlötung denkbar, wobei jedoch vermehrt Wärme in den Tragkörper des Prüfnormals eingeleitet wird.

Wärmerohre sind an sich bekannt. Hierunter wird cm evakuierter hermetisch dicht verschlossener, aus gut wärmeleiiendem Material, z. B. aus Kupfer oder aus Aluminium gebildeter Hohlraum vorzugsweise in Rohr- oder Plattenform verstanden, der mit einem verdampfbaren und kondensierbaren Wärmeträgermedium zu einem Bruchteil gefüllt ist Häufig ist das Wärmerohr innenseitig mit einer Kapillarstruktur zum Rücktransport des kondensierten Wärmeträgermediums von der wärmeabgebenden Stelle zur wärmeaufnehmenden Stelle versehen; dies kann z. B. in Form einer Auskleidung des Wärmerohres mit einem Siebgewebe, einem Metallfib oder durch eine Rillenstruktur der ^neren Wärmerohroberfläche geschehen. Die Ausv/ah: des Wärmeträger mediums richtet sich nach dem Temperaturnivau, bei dem Wärme übertragen werden soll. Als Füllung für die Wärmerohre sind beispielsweise Ammoniak, Wasser oder ein Gemisch aus Alkohol und Wasser geeignet Für den vorliegenden Anwendungsfall einer Zwangstemperierung des Prüfnormales bei 20⁰C wäre eine Flüssigkeit auszusuchen, deren Siedepunkt bei dem im Wärmerohr herrschenden Vakuum bei der genannten Temperatur liegt. An der »heißen« Stelle des Wärmerohres, an der Wärmeenergie zugeführt wird, verdampft das eingegebene Medium und breitet sich rasch in Dampfform im Innern des Wärmerohres aus. An den wärmeabgebenden Stellen des Wärmerohres schlägt sich das verdampfte Medium nieder und kondensiert unter Abgabe seiner Wärme an die Wandung des Wärmerohres. Das Kondensat kriecht durch Kapillarwirkung zu den Wärmezufuhrstellen des Wärmerohres zurück. Di'' an der Kondensatseite vom Medium an die Wandung des Wärmerohres abgegebene Wärmemenge wird auf der Auß· .nseite durch Wärmeleitung abgeführt. Da an der wärmeaufnehmenden bzw. wärmeabgebenden Stelle des Wärmerohres eine Zustandsänderung des Wärmeträgermediums stattfindet, wird im wesentlichen die für die Zustandsänderung erforderliche Umwandlungsenergie in Wärmeform übertragen. Da die Umwandlungsenergien. bezogen auf die Masse des Wärmeträgermediums, wesentlich größer sind als die durch Aufheizen eines Mediums speicherbaren Energiemengen, kann durch den Transport relativ kleiner Mengen an Wärmeträgermedium eine große Wärmemenge auch über größere Entfernungen hinweg übertragen werden. Insbesondere ist d'c Wärmeübertragung bei nur sehr geringem Wärmegefälle möglich. Außerdem ist eine Wärmeübertragung in beiden R: -htungen ohne weiteres dankbar, d. h. es kann ohne weiteres auch eine Kühlung des Prüfno.-males unter Zwischenschaltung eines Wärmerohres erfolgen

Vorliegend wild das flächenhaft sich erstreckende Wärmerohr 12 dazu ausgenützt, die über einen Heizkanal 13 linear zugeführte Temperierungsenergje gleichmäßig auf die gesamte Fläche der Wandung 6 zu verteilen. Der sogenannte Heizkanal 13 — er kann auch gelegentlich zum Kühlen eines zu warmen Prüfnormales benutzt werden — ist ebenfalls aus dem zweilagigen geblähten Teilverbundschichtkörper des Wärmerohres gebildet, wobei jedoch das Innere des Heizkanales 13 keinerlei fluidische Verbindung zu dem flächenhaft sich erstreckenden Kanalsystem des eigentlichen Wärmerohres 12 hat. Durch U-förmiees Umfairen des i»ehläh-

ten Teüverbundschichtkörpers ist eine breitflächige Anlage des Heizkanales an dem Kanalsystem des eigentlichen Wärmerohres gebildet; durch eine Anlötung oder wärmeleitende Anklebung kann für einen guten Wärmeübergang vom Heizkanal 13 zu dem Wärmerohr gesorgt werden. Im Gegensatz zu dem allseits geschlossenen Kanalsystem des Wärmerohres 12 ist der Heizkanal 13 an beiden Enden mit nach außen führenden Fluidanschlüssen versehen, die über entsprechende Verteilleitungen und Verteilstücke mit den Zulauf- und Rücklaufleitungen 9 bzw. 10 verbunden sind.

Es wäre anstelle der ^verwendung eines Wärmerohres auch denkbar, die zwangstemperierte Flüssigkeit gleich durch das flächenhaft sich erstreckende Kanalsystem eines innenseitig auf die Wandung 6 aufgelöteten oder wärmeleitend aufgeklebten geblähten Teüverbundschichtkörpers hindurchzuleiten. Auch ist es denkbar, ein entsprechendes flächendeckendes Kanalsystem in die Wandung 6 selber einzuarbeiten, beispielsweise in Form von eingefrästen oder eingegossenen flächendekkenden Nuten, die durch ein übergelötetes Blech zu einem geschlossenen Kanalsystem ausgestaltet werden. Auch erscheint es möglich, ein flächendeckendes System von Rohrschlangen innenseitig aufzulöten oder wärmeleitend anzukleben. Eine weitere Möglichkeit der Zwangstemperierung besteht darin, die Wandungen eines Prüfnormales mit einem flächendeckenden System von Bohrungen zu versehen und durch diese eine gleichmäßig temperierte Flüssigkeit hindurchzuleiten.

Eine weitere Möglichkeit ist in F i g. 3 am Beispiel eines Groß-Stufenendmaßes Γ in Leichtbauweise gezeigt. Und zwar ist das Stufenendmaß im wesentlichen durch einen Tragkörper 3 gebildet, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel ähnlich wie ein im Querschnitt quadratischer Gittermast aufgebaut ist, wobei jedoch eine Längsseite offen gehalten ist. Im einzelnen befaßt sich eine gesonderte Schutzrechtsanmeldung der Anmelderin mit der Gestaltung eines solchen Stufenendmaßes. An dieser Stelle sei lediglich erwähnt, daß im Bereich der neutralen Faser des Tragkörpers ein längsverlaufendes innenliegendes Tragteil 14 angeordnet ist, welches eine längsverlaufende Rille aufweist, in die dauerhaft Endmaßstücke bekannten Abstandes eingelassen sind. Dank der Anordnung der Endmaßstücke 4 im Bereich der neutralen Faser des Tragkörpers ändern diese bei Durchbiegung des Tragkörpers ihren gegenseitigen Abstand nicht oder nur in einem tolerierbaren Ausmaß. Aufgrund der Leichtbauweise des Stufenendmaßes ist dieses auch bei größeren Längen leicht handhabbar. Wesentliche tragende Teile des Stufenendmaßes Γ nach F i g. 3 mit dem Tragkörper 3 nach Art eines Gittermastes sind die Längsholme 7. Diese sind zum Zweck einer Zwangstemperierung als Rohre ausgebildet und an beiden Enden mit Anschlüssen 8 versehen, so daß eine gleichmäßig temperierte Flüssigkeit durch die Längsholme 7 hindurchgeleitet werden kann. Auf diese Weise kann den wesentlichen maßbestimmenden Teilen des Tragkörpers 3 eine in örtlicher und zeitlicher Hinsicht gleichmäßige Temperatur aufgeprägt werden. Darüber hinaus ist es auch denkbar, das innenliegende Tragteil 14 mit wenigstens einem Fluid-durchströmbaren Längskanal zu versehen und auch diesen zwangsweise zu temperieren. Der Kanal kann auf mehrerlei Weise — wie bereits oben geschildert — angebracht werden.

F i g. 4 zeigt schließlich die mögliche Anordnung der Rohre bzw. Taschen 15, 16 und Anschlüsse 8 an einem Stufenendmaß in Kompakt-Bauweise gemäß einer weiteren Schutzrechtsanmeldung der Anmelderin, und zwar alternativ an den Innenflächen (15) oder den Außenflächen (16).

Um die Wirkung der Zwangstemperierung zu steigern, ist es zweckmäßig, die der umgebenden Luft ausgesetzten Oberflächen — außer den betriebsmäßig anzutastenden Meßflächen — mit einer wärmedämmenden Schicht zu versehen.

Ein weiteres Längennormal kann in Form eines Kugelstabes, wie es z. B. in der Patentanmeldung 26 03 376 unter dem Titel »Koordinatenmeßgerät« beschrieben ist, ausgebildet sein. Auch dieses Normal wird ähnlich wie das Stufenendmaß auch raumschräg im Meßvolumen des zu prüfenden Koordinatenmeßgerätes angeordnet und beide Kugeln nacheinander angetastet und daraus rechnerisch der Abstand der Kugelmittelpunktc ermittelt. Zur Zwangstemperierung eines solchen hantelförmieen Längennormals kann der Verbindungsstab als Rohr ausgebildet sein, durch den eine zwangstemperierte Flüssigkeit hindurchgeleitet wird. Auch kann eine Zwangstemperierung über ein Wärmerohr an dem Verbindungsstab, unter Umständen in dessen Innern, ansetzen.

Eine Wärmeisolierung der freiliegenden Oberflächen des Prüfnormals bzw. der fluiddurchströmten Kanäle bzw. Wärmerohre sichert eine noch bessere Temperaturkonsta-'f? insbesondere bei Zugluft.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

30

35

40

Claims

Patentansprüche:

1. Prüfnormal zur Überprüfung von Längenmeßgeräten, mit einem Tragkörper und einer Mehrzahl von in definierter Lage daran gehalterten Endmaßstücken oder Formelementen, dadurch gekennzeichnet, daß wesentliche, maßbestimmende, tragende Teile (7) oder Wandungspartien (6) des Tragkörpers (3, 2) wärmeleitend mit einem zwangstemperierten Fluid beaufschlagbar sind.

Z Prüfnormal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Fluid-durchströrr.te Rohrleitungen auf die tragenden Teile oder Wandungspartien breitflächig aufgelötet oder wärmeleitend aufgeklebt sind.

3. Prüfnormal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die tragenden Teile oder Wandungspartien mit P'iid-durchströmbaren Bohrungen oder Kanälen versahen sind.

4. Prüfnormal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die tragenden Teile (7) selber als Rohr ausgebildet und mit Fluidanschlüssen (8) versehen sind (F i g. 3).

5. Prüfnormal nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die tragenden Teile oder Wandungspartien (6) mit einem Wärmerohr (12) wärmeleitend gekoppelt sind (F i g. 2).

6. Prüfnormal nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ffer nach Art eines Gittermastes ausgebildete Tragkörper (3) für ein Stufenendmaß (Γ) an den Querschnitts-Eckpjnkten Längsholme (7) in Rohrform aufweist, die rrtii Fluidanschlüssen (8) versehen sind (F ig. 3).

7. Prüfnormal nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 und 5. dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Längennormal in Kompaktbauweise, z. B. Endmaß oder Stufenendmaß (!"), die Kanäle für zwangstemperierte Fluiddurchströmung oder für Wärmeaustausch nach dem Wärmerohr-Prinzip an den Innen-(15) und/oder Außen-Flächen (16) angebracht sind (F ig.4).

8. Prüfnormal nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Längennormal in Form eines Kugelstabes, bestehend aus einem die Länge vorgebenden Stab und zwei an seinen Enden befestigten Präzisionskugeln, der Stab zur Zwangstemperierung rohrförmig ausgebildet und für Fluiddurchströmung oder Wärmeaustausch nach dem Wärmerohr-Prinzip ausgebildet ist.

9. Prüfnormal nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die der umgebenden Luft ausgesetzten Oberflächen des Prüfnormals und/oder der fluiddurchströmten Kanäle — außer an den betriebsmäßig anzutastenden Meßflächen an den Stirnflächen der Endmaße (4) bzw. an den Formelementen (5) — mit einer wärmedämmenden Schicht versehen sind.