Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Praxisgerechte Methoden zur flächenorientierten Messung von Mikrozahnrädern mit minimaler Messunsicherheit

Mikrozahnräder sind wichtige Bauteile, die in großer Stückzahl vorwiegend in Präzisionsuhren und Mikrogetrieben eingesetzt werden. Mikrogetriebe kommen in vielfältigen Anwendungsfeldern zum Einsatz, z.B. in der Automobilindustrie, dem Maschinenbau oder der Medizintechnik. Aufgrund der hohen Genauigkeitsanforderungen von Mikrozahnrädern ist deren Qualitätssicherung mit geeigneter Messtechnik von essentieller Bedeutung und stellt eine große Herausforderung dar.

Das Ziel des beabsichtigten Forschungsvorhabens besteht darin, Methoden zu entwickeln, die die Einsatzfähigkeit bestehender Messverfahren und -geräte zur Qualitätssicherung von Mikrozahnrädern durch eine verbesserte Auswertung der Messdaten unterstützen. Hierfür sollen geeignete Auswertemethoden und -algorithmen erarbeitet werden, die von den Messgeräteherstellern in deren Software implementiert werden können.

Folgende Teilziele werden hierzu im Rahmen des Projekts angestrebt:

(1) Entwicklung von Auswertealgorithmen zur flächigen Charakterisierung von Mikrozahnrädern

(2) Entwicklung einer Methodik zur experimentellen Messunsicherheitsermittlung bei der Messung von Mikrozahnrädern mit industrietauglichen Normalen

(3) Entwicklung von Auswertealgorithmen zur Datenfusion von Mikrozahnradmessungen verschiedener Messverfahren

Die Ergebnisse des beabsichtigten Vorhabens ermöglichen Messtechnikanbietern für die Qualitätssicherung von Mikrozahnrädern eine verbesserte Datenauswertung. Das technische Potential der Messgeräte kann damit besser zur Messung von Mikrozahnrädern genutzt werden, was zu kleineren Messunsicherheiten führt. Durch die verbesserten Messverfahren können die Hersteller von Mikrozahnrädern, Mikrogetrieben und Präzisionsuhren die Qualität ihrer Produkte verlässlicher ermitteln, deren Funktionalitäten gezielter optimieren und ihre Fehlerkosten senken. Durch die damit verbundenen Potentiale für Mikrogetriebe ist die Entstehung vielfältiger neuer technischer Anwendungen zu erwarten.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Projektes konnten geeignete Auswertemethoden zur verbesserten Qualitätssicherung von Mikroverzahnungen erarbeitet und implementiert werden. Die Teilergebnisse umfassen (1) die Identifikation und Implementierung eines konsistenten Ansatzes zur flächigen Charakterisierung topographischer Messdaten von Mikrozahnrädern auf Basis des gesteigerten Informationsgehalts über deren Funktion; (2) die Entwicklung einer Methodik zur ortsabhängigen, experimentellen Messunsicherheitsermittlung von topographischen Mikrozahnrad-Messdaten mit industrietauglichen Normalen und referenzierten Serienprodukten; und (3) die Entwicklung einer Methodik zur Datenfusion von Mikrozahnradmessdaten verschiedener Messverfahren zur Fusion von Messergebnissen unter niedriger Messunsicherheit und gesteigerter Informationsdichte. Dabei wurden die Anforderungen der Anwendungspartner im industriellen Begleitkreis zu Beginn im Rahmen von Expertenworkshops aufgenommen, im projektbegleitenden Ausschuss diskutiert und während der Bearbeitung berücksichtigt. Die weitere Anwendungsmöglichkeit der Ergebnisse für die Herstellung von Mikrozahnrädern ist somit gegeben.

Die erarbeiteten Methoden (1-3) wurden in einem Softwaredemonstrator implementiert und konnten anhand von Verzahnungsdemonstratoren aus dem industriellen Begleitkreis einer Praxisvalidierung unterzogen werden. Der erarbeitete Softwaredemonstrator findet bei Anwendungspartnern aus dem industriellen Begleitkreis bereits prototypische Anwendung zur Analyse und Prozessverbesserung der Zahnradherstellung und Qualitätssicherung. Die aufgezeigten Auswertemethoden können im Anschluss an das Vorhaben von Messgeräteherstellern in deren Software implementiert werden.