Längenmeßtechnik

1 Längenmeßtechnik

1.1 Grundbegriffe

DIN 1319 Teil 1: Prüfen heißt feststellen, ob der Prüfgegenstand erwartete Eigenschaften oder geforderte Maße einhält. Diese Urteilsbildung kann subjektiv durch Sinneswahrnehmung (z.B. die Bohrung ist vorhanden; die Oberfläche glänzt) oder objektiv mit Hilfe von Prüfmitteln vorgenommen werden.
Im Sinne der Längenprüftechnik ist nur die objektive Prüfung gemeint.

In DIN 2257 sind die Begriffe der Längenprüftechnik in der Fertigung festgelegt. Danach wird das objektive Prüfen unterreilt in Messen und Lehren. Dabei versteht man unter Prüfen die Festellung, ob der Prüfling der geforderten geometrischen Form, die durch Längen und Winkel gegeben ist, entspricht.

Messen ist das Vergleichen einer Länge mit einem Meßgerät oder einer Meßverkörperung. Es er - gibt einen Meßwert.

Lehren ist das Vergleichen eines Prüflings mit einer Lehre. Das Ergebnis ist die Feststellung, ob und in welcher Richtung eine vorgeschriebene Grenze überschritten ist.

Nach DIN 2257 werden entsprechend der Einteilung in Messen und Lehren die Meßgeräte, die Lehren und die Hilfsmittel insgesamt Prüfmittel genannt.

1.1.1 Auszug aus Grundbegriffe - Ãœbersicht

Begriff	Kurzzeichen	Definition
Meßgröße	M	Die zu messende Länge oder zu messende Winkel. z.B. Durchmesser
Meßwert	Mw	Das ist der gemessene spezielle Wert einer Meßgröße. Es wird aus ein - oder mehrmaliger Anzeige eines Meßgerätes ermittelt: MW = (Aze - Aza)*Einheit. Jeder Meßwert ist mit einer Meßunsicherheit behaftet.
Meßunsicherheit	u	Zufällige und bekannte symetrische Abweichungen
Meßergebnis	Meg	Es enthält keine bekannten (erfaßten) symetrischen Abweichungen mehr, jedoch eine Meßunsicherheit. Bei Meßergebnissen, - verfahren, - geräten und Justierverfahren sollen statt "Genauigkeit" die Begriffe "Fehlergrenze" und "Meßunsicherheit" verwendet werden.

1.2 Der Meßtechnische Grundsatz

(Abbesches Komparatorprinzip) besagt:"Die Anordnung muss stets so erfolgen, dass die zu messende Strecke die geradlinige Fortsetzung der als Maßstab dienenden Teilung bildet."
Demnach müssen Prüfling und Maßverkörperung fluchtend hintereinander angebracht werden, nicht parallel und auch nicht winkelig zueinander.
Bei einem Meßschieber entsteht durch das mögliche Kippen des Schiebers eine Meßabweichung, die um so größer ist, je weiter außen zwischen den Meßschenkeln (s groß) der Prüfling erfaßt wird. Der Meßtechnische Grundsatz wird bei einem Meßschieber nicht erfüllt.







Bei einer Bügelmeßschraube ist der Grundsatz angewendet. Wenn ein Prüfling oder Meßgerät an zwei Punkten aufgelegt wird, ergibt sich aus der Durchbiegung eine symetrische Abweichung. Die Längenänderung ergibt ein Minimum und kann vernachlässigt werden, wenn die Auflage an bestimmten Punkten, gemessen von den Endflächen aus, geschieht.
Das muss auch bei langen, liegenden Körpern bedacht werden, z.B. an langen Parallelendmaßen, Stichmaßen und Prüflingen.

Unbekannte symetrische Abweichungen (z.B. poröse Oberfläche des Prüflings; unvermeidliche Störeinflüsse des Meßverfahrens, die nicht berücksichtigt werden können; unbekannte Abweichungen des Meßgerätes) können in Größe und Richtung nur abgeschätzt werden. Sie bilden deshalb einen Teil u_s der Meßunsicherheit u und werden in der Regel mit zufälligen Abweichungen gemeinsam bewertet, weil deren Trennung meist weder möglich noch sinnvoll ist.

Zufällige Abweichungen entstehen durch nicht beherrschbare Einflüsse, z.B. Umwelt (Spannungsschankungen, Erschütterungen, Beleuchtung, magnetische oder elektrische Felder), Beobachter (Übung, Sehschärfe, Schätzungsvermögen, Ermüdung, Aufmerksamkeit), Größen - änderungen während des Meßvorgangs (durch Temperaturschwankungen, Umkehrspanne, Lagerspiel). Sie führen bei mehreren Messungen am selben Prüfling (Meßreihe) zu einer Zuifallsstreuung der Meßwerte um den Mittelwert der Meßreiche. Sie haben also unterschiedliche Größe und Vorzeichen.

Die Meßunsicherheit eines Meßgerätes darf etwa 1/10 ... 1/5 (bei engen Toleranzen) der Werkstück - toleranz betragen.

1.3 Meßeinrichtung

In einer Meßeinrichtung wird die aufgenommene Meßgröße weitergeleitet (Signalfluß), umgeformt, verstärkt, verarbeitet und dann ausgegeben. Sie besteht aus einem oder mehreren Meßgeräten, Hilfsgeräten (z.B. für Hilfsenergie) und Verbindungsleitungen. Im Grenzfall kann sie aus einem einzigen Meßgerät bestehen, z.B. Meßschieber. Als System wird eine Meßeinrichtung auch Meßkette genannt. Eine Meßanlage umfaßt mehrere von einander unabhängige Meßeinrichtungen, die miteiander verknüpft sind.





Ein Meßgrößenaufnehmer nimmt am Eingang die Meßgröße auf und gibt am Ausgang ein entsprechendens Meßsignal ab. Meßgrößenaufnehmer können z.B. sein: Meßbolzen (eines Feinzeigers), pneumatischer Meßdorn, Amboß und Meßspindel einer Meßschraube. Der Meßgrößenaufnehmer erübrigt sich, wenn die Meßgröße selbst gleichzeitig Meßsignal ist.

Meßumformer bringen das eingehende Signal in eine andere physikalische Form. Die Diagonale im graphischen Symbol trennt Eingang und Ausgang, z.B. Umformen des pneumatischen Eingangssignals (pn) in elektrisches Ausgangssignal (el).

	Meßumformer			Meßumsetzer
Eingang	Symbol	Ausgang	Eingang z.B	Symbol	Ausgang z.B
mechanisch		optisch	Geschwindig - keit		Frequenz
Druck		Spannung	Impulszahl		Weglänge
Temperatur		Länge	EIA - Code		DIN - Code

In einem Meßverstärker werden die eingehenden Signale - meist mit Hilfsenergie - in der Leistung verstärkt. In mechanischen Geräten erfolgt die Vergrößerung durch Hebelübersetzung, Keil, Schraube, Zahnrad.

In Meßumsetzern werden digitale in analoge (DA - Umsetzer) umgesetzt oder umgekehrt (AD - Umsetzer). Codeumsetzer setzen digitale Signale aus einem Code in einen anderen um.

Die Meßwertausgabe erfolgt direkt (sichtbar) durch Anzeiger (Skalen - oder Ziffernanzeige), Schreiber, Drucker, Zähler. Bei indirekter Ausgabe (nicht sichtbar) werden Meßsignale (z.B. Spannung, Stromstärke, Druck) weitergegeben (z.B. an Regler) oder zur Darstellung auf Datenträger benutzt.
Es gibt Ausgeber, an denen Grenzwerte eingestellt werden können. Bei deren Erreichen wird dann ein Signal gegeben, z.B. elektrisch, optisch, akustisch. Solche Geräte sind Signalgeber oder Grenzwertmelder, z.B. elektrische Feinzeiger. Damit kann z.B. eine Werkzeugmaschine von Schrupp - auf Schlichtbearbeitung umgeschaltet und bei Erreichen des Gutmaßes stillgesetzt werden. Werkstücke können sortiert werden (Sortierweiche). Durch das Lichtsignal (grün=gut; rot=Auschuß; weiß=Nacharbeit) ist ermüdungsfreie Kontrolle möglich, besonders bei Mehrstellenmessung.

1.4 Prüfplan

Die ständig steigenden Qualitätsanforderungen machen als wesentlichen Baustein der Qualitätssicherung eine Prüfplanung für Werkstücke und Prüfmittel unumgänglich. Das bedeutet eine durchgehende Organisation vom Werker bis in die Firmenleitung.

1.4.1 Prüfmittelüberwachung

Die in der Fertigung verwendeten Prüfmittel unterliegen Verschleiß und Alterung. Durch unsachgemäßes Behandeln könen sie beschädigt werden. Deshalb müssen alle Prüfmittel nach bestimmten Kriterien überwacht werden, d.h. auf ihre dem Einsatz entsprechende Brauchbarkeit geprüft werden.

1.4.1.1 Erforderliche Vorarbeiten

Registrieren aller zu überwachenden Prüfmittel, Feststellen der Einsatzhäufigkeit, evtl. Mehrbeschaffung, Festlegen der organisatorischen und personellen Zuständigkeit (Werkstatt/Meßraum, Werker/Prüfer), Ausarbeiten von Prüfvorschriften (Merkmale nach DIN - Vorgaben, innerbetriebliche Abmachungen), Protokollierung und Archivierung, Festlegen der Prüfintervalle und Kennzeichnung der über diesen Zeitraum zugelassenen Prüfmittel (z.B. durch Farbmarkierung an bestimmter Stelle), verbindliche Einführung der Prüfvorschriften durch die Firmenleitung.

1.4.2 Werkstücküberwachung (Qualitätssicherung)

Nach DIN 1319 Teil 1 kann das Prüfen in Maß - und Sichtprüfung eingeteilt werden. Da die Sichtprüfung die geringeren Kosten verursacht, sollte sie vor jeder Maßprüfung erfolgen. Um die Meßkosten zu minimieren, werden in einem auf das Werkstück bezogenen Prüfplan nur die verwendungsrelevanten Maße (Merkmale) aufgeführt. Daher kann es verfahrensbezogene und Abnahme - Prüfpläne geben.




Wie das Layout des Prüfplans aussieht, ist jedem Anwender freigestellt. Wichtig ist die Übersichtlichkeit, so dass der Inhalt ohne Schwierigkeiten nachvollziehbar ist.

1.4.2.1 Wesentliche Inhalte eines Prüfplans können sein

Darstellung des Prüflings mit Kennzeichnung der Prüfstellen, Benennung und Werkstoff, Verfahren, nach dem das Prüfen erfolgen soll, Prüfstellenaufruf (Position), Prüfmerkmale, Maßangaben, Prüfmittel, Prüfanordnung (Bezeichnung verbal und/oder symbolisch), Prüfumfang (z.B. Anzahl der Prüflinge/Standzeit, Stichprobenmenge), besondere Hinweise, z.B. auf das Verhalten des Prüfers bei unzulässigen Abweichungen.

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