Koordinatenmesstechnik als Schlüssel- technologie der - PTB

418 • Themenschwerpunkt PTB-Mitteilungen 117 (2007), Heft 4
Bild 2:
Einschränkung des Übereinstimmungsbereichs
durch die Unsicherheit
des Prüfprozesses
2 Prüfprozesseignung
Für die Annahme eines Messmittels zur Produktauditierung
ist der Nachweis der Prüfprozesseignung
zu erbringen. Durch die Prüfprozesseignung
wird bestätigt, dass ein Messsystem
geeignet ist, die Übereinstimmung eines Bauteils
mit der Spezifikation (der Soll-Geometrie) zu
prüfen. In der von dem Verband der deutschen
Automobilindustrie (VDA) herausgegebenen
Richtlinie VDA 5 ist die Prüfprozesseignung als
alleiniges Gütekriterium definiert, um für die
tatsächlichen Einsatz- und Umgebungsbedingungen
festzustellen, ob ein Messsystem für die
Prüfung eines Merkmals geeignet ist. Für Inline-
Messsysteme bedeutet dies, dass die Eignung
unter dem Einfluss der rauen Fertigungsumgebung
zu untersuchen ist. Die Eignung des Messsystem
ist dabei allein unter Berücksichtigung
der aufgabenspezifischen Messunsicherheit zu
ermitteln. Die Bestimmung der aufgabenspezifischen
Messunsicherheit ist daher für den
Nachweis der Prüfprozesseignung von zentraler
Bedeutung.
Die internationale Norm ISO 14253-1 [6] legt
allgemeine Regeln zur Prüfung von geometrischen
Merkmalen entsprechend der geometrischen
Produktspezifikation (GPS) fest. In Anlehnung
daran ist in der VDA 5 die Prüfprozesseignung
definiert. Danach ist ein Messprozess
für die Prüfung eines geometrischen Merkmals
geeignet, wenn der Eignungskennwert g PP einen
vorgegebenen Eignungsgrenzwert G PP einhält:
g
PP
U
=
T
⋅ 2
PP
ʺ G
PP
Der Eignungskennwert wird aus dem Verhältnis
zwischen der erweiterten Messunsicherheit U PP
des Prüfprozesses und der für das zu prüfende
Merkmal vorgegebenen Toleranz T gebildet.
Er zeigt an, welcher Anteil der Toleranz durch
den Prüfprozess verbraucht wird bzw. wie weit
der Prüfprozess die für den Fertigungsprozess
nutzbare Toleranz einschränkt (Bild 2). Übliche
Grenzwerte G PP liegen zwischen 0,2 und 0,4, so
dass für den Fertigungsprozess zwischen 60%
und 80% der spezifizierten Toleranz zur Verfügung
stehen.
3 Unsicherheitseinflüsse auf Inline-
Prüfprozesse
Zum Nachweis der Prüfprozesseignung ist die
zuverlässige Bestimmung der Unsicherheit U PP
des Prüfprozesses von zentraler Bedeutung. Sie
muss für jedes einzelne Prüfmerkmal ermittelt
werden, wobei alle Einflüsse auf das Messergebnis
zu erfassen sind. Neben Messabweichungen,
verursacht durch das Messgerät, gehören dazu
auch Einflüsse des Bauteils, der Fertigungs-
umgebung, der Aufspannung und Lagerung
(Bild 3).
Bild 3:
Wichtige Einflüsse auf den Inline-Prüfprozess
Als Sensoren werden in Inline-Messstationen
verschiedene optische Sensoren wie Lichtschnitt-
und Triangulationssensoren sowie Kameras mit
Graubildverarbeitung, aber auch taktile Sensoren
wie induktive Wegaufnehmer eingesetzt.
Die Sensoren erfassen die Prüfmerkmale in sehr
unterschiedlicher Weise und mit verschiedenen
Punktdichten. Messergebnisse optischer Sensoren
werden sehr stark vom Zustand der Bauteiloberfläche
(z.B. Rauheit, Textur, Farbe, Kanten)
sowie der Orientierung der Sensoren zu Oberfläche
beeinflusst. Die Sensoren müssen gut auf
das Bauteil ausgerichtet werden, so dass Fehler
in der Justierung die Messung nicht beeinträchtigen.
All diese Einflüsse müssen anteilig bei der
Bestimmung der Unsicherheit berücksichtigt
werden.
Ein wichtiger Einfluss des Bauteils ist seine
Temperatur und die damit verbundene thermische
Ausdehnung. Bei produktionsnah eingesetzten
Messsystemen muss mit starken Schwankungen
der Temperatur gerechnet werden. Ein
Bauteil kann beispielsweise unmittelbar aus der
vorgehenden Fertigungsstation kommen und
noch sehr warm sein; es kann aber auch aus
einem Pufferspeicher kommen und fast Raumtemperatur
angenommen haben.
Des Weiteren sind Bauteile im Karosseriebau
oft flexibel und erreichen ihre endgültige
Stabilität erst gegen Ende der Fertigung. Bei
Messungen müssen sie in besonderen Aufnahmen
gespannt werden. Die Wechselwirkungen