Zur Prüfung geometrischer Merkmale an Bauteilen werden zunehmend optische Prüfsysteme eingesetzt, weil sich diese prinzipiell besser als taktile Prüfsysteme auf verschiedene Messaufgaben anpassen lassen. Im Bereich der Großserien- und Massenfertigung anspruchsvoller Verbindungselemente, wie z. B. Schrauben, Muttern, Stifte, Scheiben sowie Münzen werden solche optischen Prüfsysteme mit Einrichtungen zum automatischen Zuführen der Prüfteile kombiniert und als Prüfautomaten bezeichnet. Das Messergebnis an solchen Prüfautomaten entsteht im Rahmen der computergestützten Verarbeitung von Bildinformationen, die mit geeigneten Kamerasensoren und einer meist fallspezifischen Beleuchtung gewonnen werden. Angesichts der äußerst hohen Ansprüche an die Verlässlichkeit der Messergebnisse ist die Kenntnis über die Messunsicherheit bei solchen Systemen noch sehr gering. Vor diesem Hintergrund ist es das Ziel der vorliegenden Arbeit, Methoden zur Qualifizierung von optischen Prüfautomaten zur Geometriemessung zu untersuchen und so weiterzuentwickeln, dass sie die Qualifizierung typischer Prüfautomaten wirksam und wirtschaftlich ermöglichen. Die wichtigsten zur Zeit existierenden Normen und Empfehlungen zur Qualifizierung von Mess- und Prüfmitteln werden im Rahmen dieser Arbeit vorgestellt und untersucht, inwieweit die Belange optischer Systeme erfasst sind. Für eine grundlegende Methodik zur Beurteilung der Fähigkeit dieser Prüfautomaten ist es zweckmäßig, die einzelnen Komponenten in die drei Funktionsmodule „Messplattform“, „Kamera mit Optik und Beleuchtung“ sowie „Auswertesoftware“ jeweils zusammen zu fassen und die Einflüsse auf die Messunsicherheit differenziert zu untersuchen. Für das Funktionsmodul Messplattform werden verschiedene praxistaugliche Möglichkeiten zur Realisierung vorgestellt und deren Einsatzgrenzen aufgezeigt. Zur Erläuterung des Funktionsmoduls Kamera, Optik und Beleuchtung werden die derzeit am Markt verfügbaren Kameratypen dargestellt und deren prinzipielle Funktionsweise sowie deren Signalverarbeitung erläutert. Weiterhin werden spezielle Beleuchtungstechniken und Empfangsoptiken, insbesondere telezentrische Optiken, zur Geometrieerfassung diskutiert. Im Anschluss hieran werden prinzipielle Softwareansätze zur messtechnischen Bildauswertung vorgestellt. Hierzu wird die Bildauswertesoftware in die aufgabenspezifischen Teilfunktionen Konturfindung, Kantendetektion und Konturapproximation aufgeteilt. Für jede Teilfunktion werden typische Lösungsansätze aufgezeigt und bewertet. Einen weiteren Schwerpunkt der Arbeit bildet die Untersuchung des Einflusses der einzelnen Komponenten eines Prüfautomaten auf dessen Messunsicherheit. Die Erzielung von Messergebnissen, die mit einer geringen Messunsicherheit behaftet sind, setzt ein sorgfältig justiertes und kalibriertes Messsystem voraus. Vor diesem Hintergrund wird in dieser Arbeit ein neu entwickeltes Softwaretool vorgestellt, mit dessen Hilfe der korrekte Justierungszustand des Prüfautomaten ohne subjektive Bedienereinflüsse kontrolliert werden kann. Um den Einfluss der Messplattform auf die Messunsicherheit zu ermitteln, werden Modelle erläutert, anhand derer die Auswirkung evtl. auftretender Orientierungsabweichungen der Prüfteile auf der Messplattform auf die Messunsicherheit des Prüfautomaten veranschaulicht wird. Die Ausführungen werden durch die Auswertung einer experimentellen Untersuchung ergänzt. Weiterhin wird eine neue Vorgehensweise vorgestellt, mit deren Hilfe der Einfluss der verwendeten Beleuchtungseinrichtung auf die Messunsicherheit bestimmt werden kann. Um den Einfluss der Bildauswertealgorithmen auf die Messunsicherheit des Prüfautomaten zu untersuchen, wurden die vorgestellten Algorithmen in Softwaremodule umgesetzt. Es konnte festgestellt werden, dass der in dieser Arbeit entwickelte Algorithmus zur Kantendetektion gegenüber den bisher bekannten Algorithmen geringere Messabweichungen erzielt. In einem typischen Anwendungsbeispiel eines kommerziell verfügbaren Prüfautomaten werden die vorgestellten Methoden zur Qualifizierung von Mess- und Prüfmitteln ganzheitlich untersucht. Durch die Anwendung der in dieser Arbeit vorgestellten Methoden zur Bestimmung des Einflusses einzelner Komponenten können diejenigen Komponenten des Prüfautomaten detektiert werden, die maßgeblich zur Messunsicherheit beitragen. Somit besteht die Möglichkeit durch gezielte Änderungen an diesen Komponenten, die Messunsicherheit des Prüfautomaten zu reduzieren.weiterlesen