Die Fertigungsindustrie hat sich an kontinuierliche Anforderungen angepasst, um mit dem zunehmenden Detaillierungsgrad in Produkten und der konstanten Nachfrage nach Effizienz Schritt zu halten. Ein solches Maß an Genauigkeit ist heute bei aktuellen Gütern üblich. Das Erreichen dieses Genauigkeitsniveaus ist nur der Anfang; Messtechnik ist weiterhin erforderlich, um Toleranzen zu messen und zu bestätigen. Dieser Aufsatz wird die Messtechnik definieren und ihre Bedeutung für die Fertigungsbranche erörtern.

Was ist Messtechnik?

Das griechische Wort „Messtechnik“ bedeutet die Wissenschaft der Messung. Die ursprüngliche Motivation für die Messtechnik entstand aus der Notwendigkeit, austauschbare Teile herzustellen. Alle Maße der Teile mussten innerhalb eines bestimmten Bereichs liegen, um machbar zu sein; andernfalls passten sie nicht zusammen. Bei der Messung der Präzision und des Kalibers hergestellter Teile hat sich die Messtechnik zu einem hochentwickelten Fachgebiet mit einer Vielzahl von Instrumenten und statistischen Techniken entwickelt.

Wesentliche Konzepte in der Messtechnik

Das Verständnis der Unterschiede zwischen Unsicherheit, Präzision, Genauigkeit und Toleranz ist entscheidend für das Verständnis der Messtechnik.

Was ist Toleranz?

Die zulässige Abweichung in den Abmessungen eines Teils wird Toleranz genannt. Bevor die erforderliche Toleranz bestimmt wird, ist es wichtig, den Zweck des Bauteils zu verstehen. Zum Beispiel benötigt eine Welle, die in ein Lager gleitet, eine engere Toleranz als ein Bolzen durchbohrt. Ein kleiner Spielraum um den Bolzen ist sicher, aber zu viel lässt die Welle wackeln und verursacht gefährliche Schwingungen.

Auch die Fähigkeit der Produktionseinrichtung, diese Toleranzen zu erreichen, sollte berücksichtigt werden; bestimmte CNC-Maschinen können Teile mit einer Toleranz von nur wenigen Mikrometern herstellen, während andere weit davon entfernt sind. Messtechniken stellen sicher, dass ein hergestelltes Produkt innerhalb der vorgegebenen Toleranz liegt. Die Produktionsstandards von Xometry enthalten Toleranzen für verschiedene Fertigungsprozesse.

Was ist die Definition von Genauigkeit?

Der Grad, zu dem der Durchschnitt einer Sammlung gemessener Werte dem Referenzwert X nähert, ist die mathematische Definition von Genauigkeit. Dies kann sich in der Fertigung als Diskrepanz zwischen dem Endprodukt und dem CAD-Modell oder dem technischen Referenzdesign manifestieren.

Wie funktioniert Präzision?

Präzision ist der Grad, zu dem jede Messung mit dem Mittelwert der aufgezeichneten Daten übereinstimmt. Die Standardabweichung (𝜎) wird in der Statistik verwendet, um dies auszudrücken. Der „Standard“ für die Standardabweichung in der Messtechnik ist ±2𝜎. Dies bedeutet ein Vertrauensintervall von 95,1 %, vom Hersteller bis zum gemessenen Wert innerhalb von 2 Standardabweichungen des tatsächlichen oder beabsichtigten Wertes.

Was bedeutet Unsicherheit?

Aussagen zu Genauigkeit und Präzision müssen einen Unsicherheitswert enthalten, der zwei Standardabweichungen der Fehler bei Genauigkeit und Präzision ist. Im Allgemeinen muss die Unsicherheit des Messwerkzeugs mindestens ein paar Mal kleiner sein als die Toleranz, die am Bauteil gemessen wird. Um die Unsicherheit der Messung zu verringern, ist beispielsweise ein Werkzeug mit mindestens 10-facher (0,0001″) Präzision erforderlich, um eine Abmessung von 0,001″ zu berechnen.

Welche gängigen Werkzeuge werden in der Messtechnik verwendet?

In der Industrie wird die Messtechnik mit verschiedenen Messinstrumenten durchgeführt. Im Folgenden sind einige davon aufgelistet.

Vernier-Schieblehre: Das grundlegendste Messtechnikinstrument, eine Vernier-Schieblehre, ist eines der ungenauesten, da ihre gemessenen Werte vom Bediener abhängen. Zum Beispiel können mit unterschiedlichem Anpressdruck verschiedene Werte erzielt werden.

Höhenmesser: Installieren Sie eine Höhenmessvorrichtung auf einer perfekt ebenen Oberfläche, um die Höhe eines Teils zu messen. Diese Instrumente können einen Teil der durch menschliches Versagen verursachten Variabilität reduzieren und die Höhen der Teile präzise messen.

Höhenmessbank: Eine Höhenmessbank besteht oft aus Granit, das durch Oberflächenbearbeitung äußerst plan geschliffen wurde. Sie dient als Referenzpunkt für Messungen mit einer Höhenmessvorrichtung oder einer Drehzahlanzeige.

Drehzahlmesser: Diese Instrumente sind genau, können jedoch nur relative Werte messen; das heißt, sie können die gesamte Variabilität eines Teils nicht bestimmen. Eine Möglichkeit, die Abweichung des Durchmessers eines Teils zu messen, besteht darin, einen Drehzahlmesser in einer Drehmaschine zu montieren. Er kann auch verwendet werden, um die Ebenheit auf einer Höhenmessbank zu messen.

Mikrometer: Mikrometer gehören zu den präzisesten Handmessinstrumenten, da sie verhindern, dass der Bediener zu viel Druck auf das Teil ausübt, was zu genaueren Messungen führt.

Koordinatenmessgeräte (CMM): Zu den genauesten Instrumenten für die Fertigungsmesstechnik gehört das Koordinatenmessgerät. Eine Sonde, die auf einem Portal befestigt ist, wird bewegt, bis sie das Bauteil berührt. Die Sonde erzeugt ein elektrisches Signal, sobald sie Kontakt mit dem Teil hat. Die genauen X-, Y- und Z-Koordinatenpositionen der Sonde werden von ihrem internen Computer während der Bewegung verfolgt, was eine präzise Erstellung eines dreidimensionalen Messberichts ermöglicht. Es wird die gesamte Maßhaltigkeit eines Teils auf mehreren Oberflächen kartiert.

Optischer Vergleichsprüfer: Mit einem Bild des 2D-Umrisses eines Teils vergleichen optische Vergleichsprüfer das Bild mit den vorgegebenen Maßen. Dieses Gerät ist ideal für die schnelle Messung von 2D-Teileprofilen. Digitaler Vergleichsprüfer: Ähnlich wie optische Vergleichsprüfer messen digitale Vergleichsprüfer Merkmale ohne menschliches Eingreifen durch Berechnungen.

Was bedeuten Best Practices für die Messung?

Die folgenden sind einige wesentliche Elemente für die Messtechnikabteilung eines jeden Herstellers.

Instrumentenkalibrierung: Alle Messgeräte benötigen regelmäßige Kalibrierungen, um zuverlässige Messungen zu gewährleisten. Die übliche Umgebung dafür ist ein Labor. Alternativ kann eine weniger formale Kalibrierung mit einem Messblock oder einer Stiftprobe einer bestimmten Größe durchgeführt werden. Es ist wichtig zu beachten, dass die meisten Qualitätsstandards verlangen, dass diese Kalibrierung in einem anerkannten Labor erfolgt. Das Labor stellt ein Zertifikat aus, das bestätigt, dass das Instrument korrekt kalibriert wurde. Um die Rückverfolgbarkeit zu gewährleisten, muss auf dem Zertifikat die Seriennummer des Instruments gedruckt sein.

Temperaturkontrollierte saubere Umgebung: Materialien ändern ihre Größe als Reaktion auf Temperaturänderungen. Der Unterschied ist in der Regel viel zu klein, um mit bloßem Auge erkannt zu werden. Eine geringe Temperaturänderung kann jedoch die Messungen erheblich beeinflussen, wenn Teile Mikrometer-Genauigkeit erfordern. Es ist möglich, dass dasselbe Teil morgens und nachmittags unterschiedlich gemessen wird. Außerdem können Staub oder Schmutz zu fehlerhaften Messwerten führen. Viele Unternehmen führen Messungen in Reinräumen mit kontrollierter Temperatur durch, die vom Fertigungsbereich getrennt sind, um diese Variablen zu eliminieren.