Michael Kühnel

Automated setup for non-tactile high-precision measurements of roundness and cylindricity using two laser interferometers

An automated setup for non-tactile high-precision measurements of roundness and cylindricity of ring gauges is presented. The aim is to minimize classical problems of tactile and radial roundness measurements such as the error influences of the used rotary table and the work piece alignment and thus to increase the accuracy and reduce the measurement time. To achieve those aims, a double interferometer concept was chosen and combined with a measurement system for the work piece alignment, a high-precision rotary table and an automated four-axis adjustment unit. The main alignment errors of the work pieces (e.g. ring gauges) such as eccentricity and tilting are either suppressed or directly detected and consequently reduced by the automated four-axis adjustment unit. Due to the non-tactile measurement concept, higher measurement velocities are achievable and surface destruction is prevented. In combination with the contactless energy supply of the four-axis adjustment unit, the radial run of the rotary table is not affected.

Novel monolithic pendulum tiltmeter with Nanorad resolution

Abstract Tiltmeters with nanorad resolution in a large measurement range of ±9 mrad (±0.5○) and a very good linearity have been developed at the Technische Universität Ilmenau in the recent years. The working principle bases on the measurement of tilt-dependent lateral forces, which act on a hanging force-compensated weigh cell (precision balance). The disadvantage is the relatively complex design of the weigh cell mechanics, the large dead weight and the high manufacturing costs. For that reason a simplified tiltmeter was developed. It only consists of two components: a monolithic pendulum mechanics and an optical position sensor. State of the art pendulum tiltmeters contain several components that are linked by screwed, clamped or glued connections. This can limit the long-term-, temperature- or humidity stability of the tiltmeter. The position sensor achieves a standard deviation of ∼ 50 pm at a measuring frequency of 10 Hz. The length of the pendulum amounts to 0.1 m, its mass is ∼ 62 g. With this combination, the theoretical standard deviation of the tilt measurement should result to ∼ 0.6 nrad at 10 Hz measuring frequency and was approved by measurements. The measurement range of the new monolithic tiltmeter amounts ∼ ±2 mrad.

Interferometrische Rundlauffehlerbestimmung von Drehtischen für die optische Rundheitsmessung

Zusammenfassung Für hochgenaue Rundheitsmessungen an Lehrringen müssen systematische Fehlereinflüsse untersucht und erfasst werden. Dies gilt auch für den Rundlauffehler eines Drehtisches, welcher in Messsystemen für die Rundheits- und Zylinderformmessung eingesetzt wird. Für den Ansatz der interferenzoptischen Rundheitsmessung wurde ein kontaktfreies Antastsystem mit zwei integrierten Planspiegelinterferometern am Institut für Prozessmess- und Sensortechnik entwickelt und getestet. Mit einer maximalen Auflösung von bis zu 20 pm ist es möglich, den Rundlauffehler eines Drehtisches mit Luftlagern hochgenau zu bestimmen. Mit einem etablierten Auswerteverfahren in Kombination mit dem neuen interferometrischen Messsystem konnte ein maximaler Rundlauffehler von 537.5 nm bestimmt werden. Die mittlere Reproduzierbarkeit liegt in den durchgeführten Versuchen bei 31.3 nm. Diese Reproduzierbarkeit schließt nicht nur die Reproduzierbarkeit der Rundlaufmessung ein, sondern beinhaltet auch den Rundlauf des Drehtisches. Dass die Rundlaufwerte im Experiment eine solche Reproduzierbarkeit aufweisen, liegt an der rückwirkungsfreien Struktur des Messaufbaus. Weder das Messsystem selbst noch die notwendigen technischen Strukturen zur Lehrringausrichtung sollten den Drehtischrundlauf beeinflussen.