A virtual experiment simulates a real measurement process by means of a numerical model. The numerical model produces virtual data whose properties reflect those of the data observed in the real experiment. In this work, we explore how the results of a virtual experiment can be employed in the context of uncertainty evaluation for a corresponding real experiment. The uncertainty evaluation was based on the Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (GUM), which defines the de facto standard for uncertainty evaluation in metrology. We show that, under specific assumptions about model structure and variance of the data, virtual experiments in combination with a Monte Carlo method lead to an uncertainty evaluation for the real experiment that is in line with Supplement 1 to the GUM. In the general case, a GUM-compliant uncertainty evaluation in the context of a real experiment can no longer be based on a corresponding virtual experiment in a simple way. Nevertheless, virtual experiments are still useful in order to increase the reliability of an uncertainty analysis. Simple generic examples as well the case study of a virtual coordinate measuring machine are presented to illustrate the treatment.

Zusammenfassung: Strategische Überlegungen und Veröffentlichungen zur Zukunft der industriellen Produktion sind heute wesentlich durch den Begriff „Industrie 4.0“ geprägt. Daher muss sich auch der Bereich der Messtechnik für die industrielle Produktion mit diesem Begriff auseinandersetzen, wenn über zukünftige Trends und Herausforderungen in der Messtechnik nachgedacht wird. Dazu wurde im Jahr 2011 die Roadmap Fertigungsmesstechnik 2020 der VDI/VDE-Gesellschaft für Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) veröffentlicht VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) Herausgeber: Fertigungsmesstechnik 2020, Technologie-Roadmap für die Messtechnik in der industriellen Produktion, VDI Verein Deutscher Ingenieure e. V., Düsseldorf April 2011 ISBN 978-3-00-034706-1; Imkamp, D., Schmitt, R., Berthold, J.: Blick in die Zukunft der Fertigungsmesstechnik, in: tm – Technisches Messen, Vol. 79, No. 10, 433–439, 2012, https://www.vdi.de/uploads/media/tm$_$Blick$_$ in$_$die$_$Zukunft$_$der$_$Fertigungsmesstechnik$_$2012.0251.pdf. . Der Inhalt dieser Roadmap wird hier an den neuen Entwicklungen aus dem Bereich Industrie 4.0 gespiegelt und in entsprechend erweiterter und aktualisierter Form dargestellt.

A mobile multilateration measurement system developed at the Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) around 2010 has been thoroughly investigated and refined to gain better performance with smaller uncertainties even when applied to the calibration of large complex workpieces. The mathematical background of multilateration and the propagation of uncertainties for the algorithms involved is explained in detail. Using the example of simple 1D and 2D measuring tasks, the influence of certain parameters characterizing the setup of the measurement system on the overall uncertainty is quantified. A strategy is developed to incorporate multi-stylus measurements which are often inevitable when workpieces feature complex shapes. The findings are verified on a large involute gear which is 2 m in diameter. All measurements are performed on PTB’s large coordinate measuring machine with a working range of 5 m × 4 m × 2 m .

Zusammenfassung: Koordinatenmessgeräte (KMG) sind universell einsetzbare Längenmessgeräte zur Erfassung dreidimensionaler Objekte. Bei einer Messung unterliegen die einzelnen Messpunkte individuellen Einflüssen, die zur Messunsicherheit der Messergebnisse beitragen. Sind alle signifikanten Einflüsse erfasst, kann ein Messprozess mit dem sogenannten Virtuellen Koordinatenmessgerät (VCMM) vollständig simuliert werden. Ein wesentliches Ziel des VCMM ist die automatische Berechnung eines Messergebnisses unter Angabe eines Messwertes und seiner zugehörigen Messunsicherheit. Dies ist insbesondere für die noch in der Entwicklung befindlichen Rückführung für dimensionelle Messaufgaben an Großbauteilen für die Windenergie von Bedeutung, da materielle Normale in der erforderlichen Größe oftmals nicht zur Verfügung stehen. Für derart neue metrologische Herausforderungen werden Digitale Metrologische Zwillinge (D-MT), die wie das VCMM einen Messprozess vollständig abbilden, von zentraler Bedeutung. Dieser Beitrag beschreibt erstmalig die Definition für einen D-MT und die daraus resultierenden grundlegenden Anforderungen. An Messaufgaben wird gezeigt, welche Kriterien für vertrauenswürdige Eingangsdaten eines D-MT erfüllt sein müssen. Darüber hinaus wird auf die wichtige Unterscheidung zwischen systematisch bekannten, systematisch unbekannten und zufälligen Abweichungen eingegangen. Abschließend wird beschrieben, wie die zuverlässige Nutzung eines D-MT validiert und quantifiziert werden kann.

Die Genauigkeit von Koordinatenmessgeräten (KMG) kann durch die Integration eines selbstnachführenden Laserinterferometers deutlich verbessert werden. Das in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) entwickelte Verfahren verknüpft die Koordinaten jedes gemessenen Punktes des KMG mit einer hochgenauen interferometrischen Längeninformation. Die zentrale Komponente hierbei ist das ebenfalls in der PTB entwickelte selbstnachführende Laserinterferometer. Sein konstruktiver Aufbau ermöglicht hochgenaue Abstandsmessungen im Raum. Ergebnisse aus Simulationen und Messungen verifizieren das neue Verfahren.

Zusammenfassung: Maß- und Formmessungen an Gewinden, Zahnrädern oder anderen lückenbehafteten Bauteilen werden häufig in Zweiflankenanlage durchgeführt. In dem vorliegenden Beitrag werden bisher oft vernachlässigte Einflüsse durch diese Art der Messpunktaufnahme beschrieben und Lösungsmöglichkeiten zur Genauigkeitssteigerung aufgezeigt. Ein wesentlicher Bestandteil ist hierbei das neu entwickelte Lückennormal.