Fertigungsmeßtechnik (Mechanik)

Grundprinzipien

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 ergibt 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 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.

2 Meßgeräte

2.1 Mechanische Meßgeräte (siehe Längenprüfung)

Meßschieber (Schiebelehre)
Meßschraube
Meßuhr

2.2 Elektronische Meßgeräte

Man spricht von elektronischen Meßgeräten, wenn es sich um eine Meßeinrichtung mit mechano - elektrischen Meßumformer handelt. Als Träger dieser Meßumformer kommen alle Meßgeräte in Frage (Bügelmeßschraube, Meßschieber, Höhenmeßgerät,...).
Die Meßwertausgabe kann als Ziffernanzeige (LD - oder LC - Prinzip) unmittelbar am Meßgrößenaufnehmer angebracht sein, oder mittels Verbindungskabel zu einem seperaten Verstärker - und Ausgabegerät verfolgen.
Die Vorteile der elektronischen Meßgeräte ligen in der Möglichkeit, die Meßsignale zu dokumentieren, ausdrucken zu lassen, Summen - und Differenzmessungen vorzunehmen oder durch entsprechende Programme statistische Qualitätskontrollen durchzuführen.

2.3 Ultraschall - Meßgeräte

Ultraschallmeßgeräte werden eingesetzt, um verdeckte Stellen eines Werkstückes zu messen. Für die störungsfreie Signalübertragung zwischen Werkstück und Prüfkopf wird durch ein Kopplungsmittel (Fett, Öl) gewährleistet.

2.4 Pneumatische Meßgeräte

Pneumatische Meßgeräte werden ausschließlich in der Serienfertigung eingesetzt.




Meßprinzip:
Wenn man unter der Voraussetzung konstanten Druckes den effektiver Austrittsquerschnitt einer Druckleitung verändert, so ändert sich das physikalische Verhalten der durchströhmenden Luft vor der Austrittsöffnung in der Leitung.

Vergleich zum leichteren Verständnis:
Drückt man das Ende eines Wasserschlauches zusammen (Verminderung des Austrittsquerschnittes), so baut sich im Schlauch ein bestimmter Druck auf. Das erkennt man daran, dass der Wasserstrahl weuter reicht als zuvor. Voraussetzung ist ein konstanter Druck vom Wasserhahn her.

2.5 Optische Meßgeräte

Durch das optische Messen können sehr kleine Längenbeträge erfaßt werden. Die Vergrößerung erfolgt mittels Linse (Lupe) oder Linsensystemen (Mikroskop, Fernrohr).

Vorteile des opischen Messens:

berührungs - und meßkraftfreie Messungen optische Strahlen sind gerade Werkstück kann in jeder Lage gemessen werden Strahlen sind masse - und trägheitslos (lange Wege sind möglich) verschiedene Vergrößerungen sind möglich

Projektoren

Projektoren werden verwendet wenn:

ein großes Bild erwünscht ist mehrere Personen gleichzeitig das Bild betrachten wollen Profilkonturen nachgezeichnet werden sollen ......

3 Längenprüfung

3.1 Strichmaß

Das Strichmaß verkörpert das Maß durch den Abstand zwischen zwei Strichen.
Auf dem Skalaträger werden viele Maßverkörperungen angebracht, um so mehrere Meßwerte auf einem Meßstab darzustellen. Um beim Ablesen Abweichungen zu verhindern, wird der Maßstab an der Meßkante abgeschrägt.
Heute finden solche Strichmaßstäbe wegen ihrer Meßunsicherheit nur mehr selten Verwendung.

3.2 Endmaß

Das Endmaß verkörpert das Maß durch den Abstand bzw. die Lage zweier Flächen zueinander.

3.2.1 Parallelendmaß

Parallelendmaße haben zwei ebene, zueinander parallele Meßflächen. Endmaße sind aus verschleißfestem Stahl hergestellt und ihre Meßflächen sind hart und geläppt.

3.3 Meßschieber (Schiebelehre)

Das wesendliche Kennzeichen eines Meßschiebers ist, dass ein Schieber mit Nonius (der Nonius unterteilt den Skalenteilungswert) auf einem Maßstab gleitend angeordnet ist.

3.4 Meßschraube

Als Maßverkörperung dient ein geschliffenes Meßgewinde mit einer Steigung von 0,5 mm. Durch eine Kupplung (Ratsche) wird die gleichbleibende Meßkraft garantiert. (konstante Meßkraft -> 5 bis 10N)

Je nach dem Meßzweck wird entschieden, welche Meßschraube zu verwenden ist.
Beispiele:

Einbaumeßschraube Fühlhebelmeßschraube Gewindemeßschraube Innenmeßschraube mit Stichmaß Höhenmeßschraube

3.5 Meßuhr

Meßuhren sind Längenmeßgeräte, bei denen der Meßbolzenweg durch Zahnstangen oder ähnliches (z.B. Gewindespindel) und Zahnräder vergrößert angezeigt wird.
Meßuhren haben daher Kreisskalen. Der Zeiger einer Meßuhr kann mindestens eine volle Umdrehung ausführen. Meist ist noch eine Umlauf - Zählskale vorhanden.

4 Winkelprüfung

Als feste Winkel werden in der Fertigung Stahlwinkel mit 90°, 60° und 45° verwendet. Für diese festen Winkel gibt es Winkelmeßgeräte. Da aber Winkel mit verschiedenen Graden gemessen werden müssen, stehen noch andere Methoden zur Verfügung, um Winkel zu bestimmen.

4.1 Winkelendmaß

Winkelendmaße verkörpern einen Winkel durch die Lage ihrer ebenen Meßflächen zueinender. Diese Endmaße können additiv oder subtraktiv verwendet werden.

4.2 Sinuslinial

Als einstellbares Winkelmeßgerät ist vor allem das Sinuslineal bekannt. Es wird mit Hypotenusenlänge von 100 mm... 500 mm geliefert. Während der Messung bleibt diese Länge unverändert, so dass die Winkeldarstellung durch Längenänderung (Untersteilen von Parallelendmaßen) an der Gegenkathete erfolgt. Im Einstellbereich über 45° müssen zunehmende Winkelunsicherheiten beachtet werden.

4.3 Tangenslinial

Wenn die Hypotenusenlänge nicht bekannt oder variabel ist, wird der Winkel aus Gegenkathete und Ankathete bestimmt: Tangensilneal. Dabei hält man die Ankathete gern konstant und variiert die Gegenkathete. Das Tangensimeal ist nicht so vielseitig anwendbar wie das Sinuslineal, an Maschinen wird es aber eingesetzt.

5 Kegelprüfung

Kegelprütung beruht auf Formlehren oder darauf dass entweder zwei verschiedene Durchmesser in bestimmtem Abstand voneinander oder der Kegelwinkel gemessen wird.


Lehren von Kegelhülsen erfolgt mit Kegellehrdornen, die Toleranzstriche haben. Kegeldorne
werden mit Kegelhülsen gelehrt.

Kegelmeßgeräte beruhen meist auf Sinus - bzw. Tangensprinzip (Bestimmung des Kegelwinkels) oder auf der Messung zweier Durchmesser in bestimmtem Abstand.


Mit dem Meßmikroskop kann man den Ausenkegelwinkel direkt mit Winkelmeßeinsatz ausmessen oder durch Vermessen in Koordinaten.

Dabei nimmt man den Kegel zwischen Spitzen auf und bestimmt dann die Koordinaten indem man nacheinander die Punkte 1 ... 4 anfährt. Den Abstand a wählt man möglichst groß. Seine Größe ergibt sich als Differenz der x - Werte von 4 und 3 sowie von 2 und 1.

6 Oberflächenprüfung

6.1 Subjektive Prüfung

Eine Sichtprüfung gibt Aufschluß über Oberflächenfehler (Rillen, Risse, Poren, Kratzer,...) und die Rillen - oder Riefenrichtung. Man kann im Vergleich zum Prüfling eine Oberflächenverkörperung (Oberflächenvergleichsmuster) mit Fingernagel oder Plättchen abtasten. Das Ergebnis hängt weitgehend ab von der Eignung des Prüfenden, vom Werkstoff, vom Glanz, vom Rillenabstand u. ä.

6.2 Objektive Prüfung (Meßverfahren)

Zur Bestimmung der Form - und Lageabweichung werden übliche Meßgeräte verwendet, z.B. Ovalität von Bohrung oder Welle durch Zweipunktmessung (Meßschraube), Rundlauf oder Geradheitsprüfung mit Feinzeiger. Polygonwellen werden in einem Prisma (Öffnungswinkel) liegend gedreht und mit Feinzeiger vermessen (Dreipunktmessung). Der Meßwert entspricht nicht dem Betrag der Unrundheit, zur Umrechnung werden Tabellen benutzt.

Zur Erfassung der Formabweichung - z. B. Geradheit und Rundheit - werden auch spezielle Meßgeräte verwendet. Verkörperung einer Geraden sind dabei mechanische Führungen, Spindeln, gespannter Meßdraht, optischer Strahlengang (z.B. beim Ausmessen einer Werkzeugmaschine). Verkörperung eines Kreises ist ein Rundtisch. - Die Abweichung von der Verkörperung wird angezeigt oder im Diagramm aufgezeichnet.

Die Linienform wird meist optisch (Projektion) geprüft.

Die Ebenheitsprüfung reflektierender Flächen kann mit Planglas durch Interferenz erfolgen. Der Abstand zweier lnterferenzstreifen entspricht dabei an der Prüflingsfläche einem Höhenunterschied von halber Lichtwellenlänge.

Die Lageabweichung wird mit Meßmaschinen erfaßt.

Oberflächenmeßgeräte legen zum Ausmessen einen zerstörungsfreien Schnitt durch die Oberfläche. (Dabei sei abgesehen von Kondensator -, Pneumatik - oder Reflexionsgeräten, deren Bedeutung außerordentlich gering ist.)

7 Rechnergeführte Meßgeräte

Die wichigsten Kriterien der Betirteilun6' vun \retfahren der Meßtechnik im industriellen Einsatz sind: wirtschaftliche Gesichtspunkte, Qualitätsanforderungen. Meßzeiten und ergonomische Gesichtspunkte. Grundsätzlich sind also in der
Fertigrngsmeißtechnik ähnliche Beurteitungskriterien anzulegen wie an vergleichbare Fertigungsverfahren.
Um die Wirtschaftlichkeit eines bestimmte Herstellungsprozesses zu erhöhen, muss daher auch der Bereich der dazugehörigen Meßteclinik rationalisiert werden.

7.1 Komponenten von rechnergeführten Meßsystemen

Rechnergeführte Meßgeräte bestehen grundsätzlich aus einem Digitalrechner (Computer) und einem Meßgerät. Beide Geräte sind durch eine geeignete Schnittstelle miteinander verbunden. Dabei wird in den meisten Fällen das Meßgerät an die im Bereich der Computertechnik üblichen Standardschnittstellen angepaßt. Um eine Messung
mit einen derartigen rechnergeführten Meßgerat störungsfrei und schnell durchführen zu können, müssen über die Standardschnittstelle eine Fülle von Daten und Informationen vom Rechner zum Meßgerät und zurück vom Meßgerät zum Rechner übertragen werden.

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