Fertigungsmesstechnik

Der Begriff Fertigungsmesstechnik (FMT) steht für alle im Zusammenhang mit dem Messen und Prüfen verbundenen Tätigkeiten industriell hergestellter Produkte [1]. Dieses Fach- und Lehrbuch konzentriert sich dabei auf die Basiseinheit „Meter“ im weitesten Sinn. Dies schließt Maß-, Form- und Oberflächenprüfungen sowie die Defekterkennung ein. Es wird der ganze Mess- und Prüfprozess praxisgerecht behandelt. Dies umfasst die messtechnischen Grundlagen, Maßverkörperungen, Rückführung, Messunsicherheit, die Prüfplanung, die Prüfdatenerfassung bzw. fähige Messverfahren/Prüfprozesse und die Prüfdatenauswertung sowie das Prüfmittelmanagement. Die FMT ist ein unverzichtbarer Teil eines modernen Qualitätsmanagements und löst Aufgaben während des gesamten Produktlebenszyklus. Dabei steht die Unterstützung beherrschter Entwicklungs- und Produktionsprozesse im Vordergrund. Auch Aspekte einer modernen Ausbildung in der FMT werden behandelt.

Das Kapitel Grundlagen der FMT beinhaltet einen Überblick über Grundbegriffe und Definitionen (Abschn. 2.1). Ferner werden wichtige messtechnische Grundprinzipien erläutert. Erster Schwerpunkt dieses Kapitels sind die Maßverkörperungen (Abschn. 2.2). Jede Messung basiert direkt oder indirekt auf einer Maßverkörperung und hat somit entscheidenden Einfluss auf die Messunsicherheit. Wir konzentrieren uns bei den Maßverkörperungen auf die gebräuchlichsten Systeme wie Endmaße (Abschn. 2.2.1), das Laserinterferometer (Abschn. 2.2.2) und digitale Messsysteme (Abschn. 2.2.3) für Längen und Winkel. Der zweite Schwerpunkt ist die Messunsicherheit (U) (Abschn. 2.3). Sie ist Grundlage jeder Messtechnik und Voraussetzung für das Funktionieren der internationalen Arbeitsteilung und des Austauschbaus.

Ein Werkstück kann hinsichtlich seiner Geometrie über Maßangaben (Länge, Durchmesser, Abstand usw.), Beschreibung der Eigenschaften von Geometrieelementen (Form- und Lagetoleranzen) und Oberflächeneigenschaften (Welligkeit, Rauheit) vollständig spezifiziert werden. So entstanden Koordinatenmessgeräte (KMG), die innerhalb eines dreidimensionalen Koordinatensystems jeden Punkt auf einem Werkstück antasten können und somit sehr effizient Maße ermitteln. Es entstanden Formmessgeräte, die in der Lage sind, Formabweichungen (z. B. Rundheit, Zylindrizität usw.) sehr genau festzustellen. Es entwickelte sich eine breite Palette von Oberflächenmessgeräten, mit denen die Rauheit der Werkstücke überwacht werden kann. Je nach Aufgabenstellung finden diese Geräte im Betrieb, z. B. direkt in der Produktion, Anwendung. Bei sehr hohen Genauigkeitsanforderungen befinden sie sich in Messräumen, in denen die Umgebungsbedingungen (Temperatur, Feuchte, Schwingungen usw.) bekannt sind bzw. in engen Grenzen konstant gehalten werden.

In diesem Kapitel werden Messmittel und Lehren behandelt, mit denen der Werker an der Maschine einzelne Parameter eines Fertigungsprozesses einstellen und überwachen kann. Messvorrichtungen bzw. die Mehrstellenmessgeräte sind Sondermessmittel für die Überwachung von Serienteilen mit einer Vielzahl von Merkmalen. Sie werden nach komplexen Herstellprozessen wie z. B. dem Kunststoffspritzen eingesetzt, um diesen Prozess stichprobenartig zu überwachen und zu regeln. Die Längenregelung oder auch Messsteuerung genannt, ist ein Sonderfall in der produktionsnahen Fertigungsmesstechnik (FMT). Die Sichtprüfung oder auch visuelle Prüfung ist ein weiterer Schwerpunkt. Es handelt sich dabei um die Suche nach Kratzern, Dellen, Lackierfehlern usw. Eine Automatisierung der Sichtprüfung mit Bildverarbeitungssystemen hat ein großes Rationalisierungspotenzial, benötigt jedoch ein umfangreiches, interdisziplinäres Wissen. Verfahren zur Regelung von Produktionsprozessen, auch unter dem Namen statistische Prozessregelung, Statistical Process Control (SPC) bekannt, sind ein weiterer wichtiger Baustein für den Aufbau einer beherrschten Fertigung. Hier geht es darum, den Produktionsprozess zu analysieren, d. h. Merkmale der hergestellten Teile zu messen und daraus mithilfe der Mathematik und Statistik Schlussfolgerungen zu ziehen, ob dieser Prozess überhaupt fähig ist, „nur gute Teile“ zu produzieren. SPC dient dazu, Herstellprozesse zu qualifizieren und die Qualität des Prozesses bei minimalem Mess- und Prüfaufwand laufend zu überwachen.