Autor: Markus Lotz

Die Arbeit hat das Ziel, einen Beitrag zur Entwicklung von hochgenauen Mess- und Positioniermaschinen durch die Erarbeitung von Grundlagen zur Optimierung und konstruktiven Ausführung vorhandener sowie der Erarbeitung neuer Messspiegelkonzepte zu leisten. Hierzu wird der Stand der Technik von hochgenauen Mess- und Positioniermaschinen hinsichtlich Anwendungsfelder, Aufbau und Messsysteme untersucht. Anhand der Untersuchungen ist zu erkennen, dass Messspiegel einen wesentlichen Einfluss auf mechanische und messtechnische Eigenschaften dieser Maschinen haben. Basierend auf dieser Erkenntnis erfolgt die systematische Analyse der Messspiegel. Dabei werden Aufbau, Werkstoffe, Fertigungstechnik, Koppelstellen und der Einfluss des Messspiegels auf die Messgenauigkeit betrachtet. Die Untersuchungen zeigen: Bekannte Messspiegel begrenzen durch Asymmetrie um die Hochachse, große Masse und Verformungen unter Eigengewicht die Genauigkeit und Dynamik von hochgenauen Mess- und Positioniermaschinen und durch in der Höhe überstehende seitliche senkrechte Spiegelflächen die Größe von Objekt und Tastsystem. Aus den Ergebnissen der Analyse leitet sich die Problemstellung der Arbeit ab. Davon ausgehend folgt eine Auseinandersetzung mit dem konstruktiven Entwicklungsprozess und dessen Anwendung bei der Konstruktion von Messspiegeln. Dem schließt sich die Erarbeitung von Lösungsansätzen durch Anwendung der Methoden Variation und Kombination an. Eine Konkretisierung der Lösungsansätze führt zu fünf unterschiedlichen Gestaltvarianten von Messspiegeln. Besonders hervorzuheben ist die neue und patentierte Gestaltvariante Tetraeder-Messspiegel, da sie bekannte Nachteile wie beispielsweise Asymmetrie um die Hochachse und Einschränkung der Objektgröße unter Einhaltung des Abbe-Komparatorprinzips vermeidet. Anhand von zwei bekannten und bereits in hochgenauen Mess- und Positioniermaschinen eingesetzten Lösungsvarianten werden deren Gestaltung und Optimierung gezeigt. Für den Tetraeder- Messspiegel werden Berechnungsgrundlagen zur Dimensionierung und Koordinatentransformation erarbeitet. Außerdem erfolgt anhand eines erstellten Versuchsmusters ein Nachweis für dessen Funktion in hochgenauen Mess- und Positioniermaschinen durch die Integration in einen Versuchsaufbau. Abschließend werden allgemein nutzbare Schlussfolgerungen für den Entwurf von Messspiegeln in einer Konstruktionsrichtlinie zusammengefasst.