Sensoren für Koordinatenmessgeräte

Die Sensoren eines Koordinatenmessgeräts dienen zur Aufnahme des primären Signals vom Messobjekt. Ihr Aufbau aus mechanischen, ggf. auch optischen, elektronischen und Softwarekomponenten ist unterschiedlich komplex. Bei der Auswahl der Sensorik müssen die Bedingungen am Messobjekt wie die Berührungsempfindlichkeit des Objekts und die Größe der zu messenden Merkmale sowie die Anforderungen aus der Prüfplanung wie die Anzahl der Messpunkte berücksichtigt werden. Die Auswahl des Sensors bzw. der Sensoren hängt somit grundsätzlich von der Messaufgabe ab.
Koordinatenmessgeräte können mit schaltenden und messenden Sensoren ausgestattet sein (Abb. 6). Schaltende Sensoren liefern beim Aufnehmen eines Messpunkts lediglich ein Triggersignal. Dieses bewirkt, dass die Wegmesssysteme ausgelesen und die Koordinaten bestimmt werden. Zur Ermittlung der Koordinaten eines Objektpunkts ist eine Bewegung in den Achsen zwingend erforderlich (dynamisches Messprinzip). Messende Sensoren weisen intern einen eigenen Messbereich von bis zu einigen Millimetern auf. Die Bestimmung eines Objektpunkts erfolgt durch Überlagerung der Messwerte des Sensors und der ausgelesenen Koordinaten des Messgeräts. Das Bestimmen eines Punkts ist somit auch möglich, wenn das Koordinatenmessgerät stillsteht (statisches Messprinzip). Voraussetzung ist lediglich, dass sich der Objektpunkt im Messbereich des Sensors befindet.

Abb. 6: Sensoren für Koordinatenmessgeräte – Gliederung nach der Funktionsweise: Aus Gründen der Anschaulichkeit sind die im Grunde den Triangulationsverfahren zuzuordnenden Kontrastverfahren separat aufgeführt.

Ein weiteres wesentliches Unterscheidungskriterium für Sensoren ist das physikalische Prinzip der Übertragung des primären Signals. Die derzeit üblichen Sensoren sind diesbezüglich in optische und taktile Sensoren zu unterteilen. Auf einen optischen Sensor wird die Information über die Lage eines Messpunkts durch Licht übertragen, so dass hieraus die entsprechenden Koordinaten ermittelt werden können. Beim taktilen Sensor wird diese Information durch Berühren des Messobjekts mit einem Antastelement, meist einer Tastkugel, erzeugt.
Ein weiteres für die Anwendung wichtiges Unterscheidungsmerkmal ist die Dimensionalität des Sensors. Sie sagt aus, ob der Sensor eine, zwei oder drei Koordinaten aufnimmt. Bei Sensoren mit weniger als drei Freiheitsgraden für die Antastung werden die restlichen Koordinaten aus der vorher eingemessenen Position des Sensorantastpunkts im Gerätekoordinatensystem ermittelt. Dies schränkt jedoch die Anwendbarkeit bei komplexen dreidimensionalen Objekten ein und führt durch die erforderliche Positionierung der Sensoren zu längeren Messzeiten.