Messtechnik (Fach) / Messtechnik (Lektion)

Messtechnik

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• Wie ordnet sich die Fertigungsmesstechnik bzw. Qualitätssicherung in der Fertigung in das Qualitätsmanagement ein? sicher die Qualität der Fertigung
• Was sind die Aufgaben der Fertigungsmesstechnik? Welche Größen werden typischerweise gemessen? - Einstellung der Werkzeugmaschine - Prüfen von Bauteilen - Werkzeugüberwachung - Prüfen von Systemen - Werkstückprüfung - Neue Erkenntnisse über Fertigungsverfahren - Werkstoffprüfung (Risse, Gefüge, Härte, E-Modul) - Funktionsprüfung (Kraft, Moment, Drehzahl, Geräusch) - Geometrieprüfung (Form, Maß, Lage)
• Welche Arten von Qualitätsregelkreisen kennen Sie? - Langfristige Korrekturen (bspw. Zeichnung abändern) - Kurzfristige Korrekturen (bspw. Störgrößen bei Fertigung entgegenwirken) - Dynamische Prüfung (bspw. Prüfplan anpassen)
• Abgrenzung zwischen Messen und Prüfen - Messen:physik. Größe nach Zahl u. Einheit feststellen, d.h. wie oft eine definierte Einheit in der zu messenden Größe enthalten ist (Maßeinheit muss festgelegt sein) - Prüfen: feststellen ob ein zu prüfender Gegenstand vorgeschriebene Bedingungen erfüllt
• Nennen Sie die 7 Basiseinheiten - Länge: Meter - Stromstärke: Ampere - Temperatur: Grad - Zeit: Sekunde - Masse: Kilogramm - Lichtstärke: Candela  - Kraft: Newton
• Aufgaben der Qualitätsprüfung - Prüfplanung: Festlegung z.B. der Prüfmittel/Prüfhäufigkeit - Prüfausführung: Messwert-, Prüfdaten- erfassung/speicherung - Prüfdatenauswertung: Auswertung der Prüfergebnisse, Fehleranalyse
• Messmethoden und –strategien - Nullabgleich- bzw. Kompensationsmethode - Differenzmethode - Ausschlagsmethode - 1-/2-/3- Punktantastung
• Nennen und erklären Sie Beispiele von Maßverkörperungen (mechanisch, elektrisch, optisch) Maßverkörperung: Objekt oder Naturphänomen mit unveränderlichem Merkmal - mechanisch: Verkörperung z.B. durch Teilung von Ritzeln/Spindeln - elektrisch: Abstand von Kondensatorplatten/Magneten - optisch: inkrementale Wegmessung
• Wie funktioniert ein Interferometer? Referenzstrahl bildet mit Hauptstrahl Interferenzstreifen
• Erklären Sie die vollständige Vorgehensweise zur Erfassung eines Messwertes bis zur Angabe des vollständigen Messergebnisses anhand einer Skizze. 1. Definition der Messgröße (Bsp.: Plattendicke bei 20°C) 2. Messung an der realisierten Größe (Bsp.: Messung bei 25°C mit Bügelmessschraube) 3. Korrektion aller erkannten systematischen Einflüsse (Bsp.: Korrektur Temperatur/Druck) 4. Bestimmung der Messunsicherheit (Bsp.: Unsicherheit der Bügelmessschraube) --> vollständiges Messergbenis
• Nennen und erklären Sie typische Messfehler anhand einiger Beispiele - Parallaxe Fehler: Ablesefehler durch schiefen Betrachtungswinkel der Skala - Messunsicherheit durch Temperaturschwankung - Messabweichung durch Verformung des Messobjektes - Messabweichung durch Verkippung des Messgerätes
• Unterscheidung zwischen systematischen und zufälligen Fehlern - systematischer Fehler: einseitig gerichteter Fehler; erzeugt durch feststellbare Ursache - zufälliger Fehler: streut gleichmäig um den Wert
• Wie lautet das Fehlerfortpflanzungsgesetz? wenn x1, x2, ... liniear miteinander verknüpft und gleichgewichtet sind dann vereinfachte Berechung: uc = wurzel(ux1^2 + ux2^2 + ... uxn^2)
• Was besagt die goldene Regel der Messtechnik? 1/10 T <= u <= 1/5 T um einer interpretierbare Information für die Messung zu liefern
• Erläuterung des Taylorschen Grundsatzes Gutseite einer Lehre soll Maß und Form prüfen; Ausschussseite nur einlenze Maße
• Beispiele von Lehren - Prüfstifte - Fühlerlehre - Rachenlehre - Lehrdorn - Lehrring - Haarlineal
• Aussagemöglichkeiten bei der Prüfung mit Grenzlehren Grenzlehrdorne: Prüfen von Bohrungen und Nuten. Gutseite muss durch Eigengewicht in Bohrung gleiten, Ausschussseite darf nur anschnäbeln! Grenzrachenlehren: Prüfung von Durchmessern und Dicken. Gutseite verkörpert Höchstmaß. Muss durch Eigengewicht über Prüfstelle gleiten. Ausschussseite um Toleranz kleiner und darf nur anschnäbeln!
• Messgeräte für unterschiedliche Anwendungen - Messschieber - Höhenmessgerät - Gradmesser - Feinzeiger
• Prinzip der Ultraschallprüfung Gemessen wird die Zeit zwischen Sendeimpuls und dem reflektiertem Echo. Bei bekannter Schallgeschwindigkeit können Abstand und Wandstärken ermittelt werden.
• Eigenschaften und Anwendung von elektrischen, induktiven und kapazitiven Sensoren - elektrisch: abreifender Widerstand in Abhängigkeit der Schleiferstellung (Linear-/Winkel-potentiometer) - induktiv: nur bei feromagn. Messobjekten (Quer-/Tauch-ankeraufnehmer) - kapazitiv: nutzen linearen Zusammenhang zwischen Kapazitität und Kondensatorfläche (Einfach-/Differentialanordnung)
• Prinzip pneumatischer Messgeräte - beruht auf Prinzip dass ein Luftstrom in einem Strömungskanal durch dessen engsten Querschnitt beeinflusst wird - engster Querschnitt ist bekannt als Messpunkt s  - messen von Durchmessern, Lagen, Formen
• Prinzip Koordinatenmesstechnik - Erfassung von Oberflächenpunkten am Werkstück in einem KS - Verknüpfung der aufgenommenen Punkte mittels zielorientierter Auswerteverfahren, um das Messergebnis zu erhalten. Dabei wird eine idealisierte Werkstückgeometrie in Relation zu den aufgenommenen Punkten gesetzt
• Unterscheiden Sie in einer Skizze zwischen der realen Form, der Ausgleichsgeometrie und der Sollgeometrie. Die Punkte werden mit der Sollgeometrie vergleichen (z.B. Zeichnungsgeometrie). Der aus den Messpunkten (Reale Forme) berechnete Ausgleichszylinder stellt den Istkreis dar.
• Welche unterschiedlichen Algorithmen gibt es zur Geometrieberechnung aus den Messpunkten? - Gauß´schhe Einpassung - Hüllkriterium - Pferchkriterium - Minimumkriterium
• Erklären Sie die Radiuskorrektur der Messkugel anhand einer Skizze Radius r wird vom gemessenen Punkt abgezogen, da dieser nicht der Tastmittelpunkt ist!
• Mögliche Messabweichungen bei KMG - gerätespezifisch: Fehler in den Messsystemen, Maßverkörperung, Sensoren, Interpolation, Reibung, Antastverhalten, statische und dynamische Verformung, Software - Komponentenabweichungen der Führungsbahnen: Positionsabweichung, Rechtwinkligkeitsabweichung, Geradheitsabweichung, Rotatorische Abweichungen, Antastabweichungen
• Schaltende und messende Sensoren (statisch, dynamisch, scannen) - schaltend:schaltet bei Berührung - messend: kann Auslenkung der Tastspitze messen - Statisch messende Antastung (nach Abklingen der Eigenschwingung wird gemessen) - Dynamisch messende Antastung (Messwert wird entweder bei Erreichen der Messkraft oder bei Tastauslenkung 0 während der Tastbewegung erfasst) - Kontinuierliches Scannen (Abfahren der Oberfläche bei ständiger Auslenkung)
• Wann würde man optische Sensoren einsetzen? - Hohe Messgeschwindigkeit - Keine Messkraft: dadurch geeignet für labile und dünnwandige Werkstücke, keine Abnutzung von Taststiften
• Anwendung unterschiedlicher optischer Messverfahren - Fluchtungsfernrohr (Geradheitsmessung; ähnliche Laserrichtstrahlverfahren) --> Messung der transversalen Abweichung von Messmarken, Strichmarke im Okular & Messobjekt definieren optische Achse - Autokollimationsfernrohr (z.B. zur Parallelitätsprüfung) --> Beleuchtete Marke wird ins Unendliche projiziert und von einem hochgenauen Planspiegel reflektiert, Winkelabweichungen können durch das Okular gemessen werden. Durch Reflexion wird der Neigungswinkel verdoppelt
• Wann würde man optische Sensoren einsetzen? - Hohe Messgeschwindigkeit - Keine Messkraft: dadurch geeignet für labile und dünnwandige Werkstücke, keine Abnutzung von Taststiften
• Anwendung unterschiedlicher optischer Messverfahren - Fluchtungsfernrohr (Geradheitsmessung; ähnliche Laserrichtstrahlverfahren) --> Messung der transversalen Abweichung von Messmarken, Strichmarke im Okular & Messobjekt definieren optische Achse - Autokollimationsfernrohr (z.B. zur Parallelitätsprüfung) --> Beleuchtete Marke wird ins Unendliche projiziert und von einem hochgenauen Planspiegel reflektiert, Winkelabweichungen können durch das Okular gemessen werden. Durch Reflexion wird der Neigungswinkel verdoppelt - Konfokalmikroskop: --> Probe wird punktweise abgetastet, durch verschieben der Probe in Z-Richtung und abtasten mehrerer Schichten entsteht ein dreidimensionales Bild der Oberfläche, rotierende Lochscheibe kann Oberflächenbild aufnehmen
• Unterschied bzw. Prinzip Photodiode/PSD - Photodiode: eingestrahltes Licht (Photon) erzeugt Elektronen-Loch-Paare, in Sperrrichtung gepolte Diode trennt die Ladungen, Erhöhung des Wirkungsgrads durch undotierte (intrinsic) Schicht - Positionsempfindliche Dioden PSD (position sensitive device): Durch einfallendes Licht erzeugte Ladungsträger werden entsprechend dem Auftreffort auf unterschiedliche Elektroden verteilt, Bestimmung der Position durch Messung der verschiedenen Ströme
• Erklären Sie das Triangulationsverfahren anhand einer Skizze - Position von Strahlungsquelle uns Sensor müssen bekannt sein, Messobjekt muss diffus reflektierende Oberfläche besitzen
• Wie funktioniert das Lichtschnittverfahren? - Triangulationsprinzip - Linienprojektion durch z.B. Zylinderlinse - CCD Matrix als Detektor
• Erklären Sie das Prinzip eines Laserinterferometers. Welche Auflösung können Sie theoretisch erreichen. - Hauptstrahl interferiert mit Referenzstrahl (Auflösung: 1 nm)
• Welche Größen können Sie an einer Werkzeugmaschine mit einem Laserinterferometer messen. Skizzieren Sie den prinzipiellen Aufbau zur Vermessung einer Werkzeugmaschine. - Positionsabweichung - Winkelabweichung
• Prinzip der Photogrammetrie, Streifenprojektion - bildgebendes optisches Messverfahren (Prinzip der Triangulation) --> Erfassung der 3D Raumkoordinaten von Objektpunkten - Streifenprojektion: aufeinanderfolgende Projektion mehrerer Linienmuster Vorteile: Mehrere „Lichtschnitte” gleichzeitig, Flächenhafte Messung, Hohe Messpunktdichte auf der Objektoberfläche Nachteile: Höhere Anforderung an Projektionstechnik, Höhere Komplexität (keine eindeutige  Linieninformation)
• Nennen Sie zwei Möglichkeiten zur Referenzierung bzw. zum Zusammenfügen mehrerer Messungen an verschiedenen Stellen eines Objekts. Was wird häufig eingesetzt? - Oberflächenmatching: Ausrichtung der Einzelscans über Kontur der Oberfläche Pro: kein Vorbereiten der Oberfläche Kontra: Überlappende Flächen notwendig, Stabil nur über ausreichende Kontur, Transformationsfehler - Referenzpunktmethode: über mind. 3 Referenzpunkte kann transformiert werden Pro: hohe Stabilität, Kein Überlappungsbereich nötig, keine Fehlerfortpflanzung, auch für große Objekte Kontra: Vorbereitung des Objekts (Referenzpunkte anbringen)
• Prinzip der Tastschnittmessung - eine Diamantspitze wird mit konstanter Geschwindigkeit über die zu messende Oberfläche gezogen - Relativbewegung ändert induktiven Widerstand einer Spule - Signal wird verstärkt und demoduliert einem Schreiber zugeführt
• Unterschied taktile und optische Messung - taktil: abtasten mit Berührung --> verschleißbehaftet, Auswertung von Punktinformationen - optisch: berührungslose Messung, licht ist messendes Medium
• Erläutern Sie die Auswertung des Materialtraganteils anhand einer Skizze. Ausgleichsgerade: Sekante mit minimaler Steigung über 40% Materialanteildifferenz an Abbott-Kurve
• Oberflächenmessung mit Konfokalmikroskop (Prinzip, Vorteile, Nachteile) Prinzip: Probe wird punktweise abgetastet, durch verschieben der Probe in Z-Richtung und abtasten mehrerer Schichten entsteht ein dreidimensionales Bild der Oberfläche, rotierende Lochscheibe kann oberflächenbild aufnehmen (Nipkowscheibe) Pro: Konfokalmikroskop liefert Höheninformationen, Oberflächenkennwerte können berechnet werden, Messungen einfacher durchführbar Kontra: Präparat kann gebleicht werden
• Erläutern Sie kurz die Lichtausbreitung in einer optischen Faser. Was sind die Vorteile von optischen Fasern. - Leiten Licht aufgrund von Totalreflexion - Totalreflexion nur wenn alpha >= arcsin(n2/n1), n2 < n1 Vorteile: unempfindlich gegenüber elektrischen Feldern oder aggressiven Medien, auch in explosionsgefährdeten Bereichen möglich
• Vorteile Fasersensoren - kann eingesetzt werden wo strombasierte Sensoren nicht eingesetzt werden können - einsetzbar bei hohen Temperaturen
• Anwendung Faser-Bragg-Gitter in optischen Dehnmessstreifen - Periodische Schwankungen des Brechungsindex führen zu Rückstreuung von Licht - Herstellung mit kurzwelliger Bestrahlung mittels UV-Laser - Wenn die sog. Bragg- Bedingung erfüllt ist, kommt es zu konstruktiver Interferenz der reflektierten Teilstrahlen: ?? =2????Λ
• Prinzip der CT - Durchstrahlen des Werkstücks mit Röntgenstrahlen und Detektion der geschwächten Strahlung - Rekonstruktion der Bilder nach Rotation zu einem Volumenmodell - Kegelstrahl zur schnelleren Objekterfassung
• Wie bestimmt sich die Vergrößerung? Wie ist der Zusammenhang mit der maximalen Objektgröße? Skizze Linearachse bestimmt Vergrößerung M des Bauteils auf dem Detektor: M = SDD/SOD
• Welche Kenngrößen eines CT bestimmen die Auflösung bzw. die maximale durchstrahlbare Dicke eines Messobjekts? - Kenngröße des rekonstruierten Volumendatensatzes ist die Voxelgröße V („Volumenpixel“): V = P/M (P: Pixelgröße) - Aus maximaler Vergrößerung Mmax=D/d (Objekt muss komplett in Strahlung bleiben) ergibt sich die erreichbare Auflösung (kl. Voxelgröße): Vmin = P d / D
• Vorgehensweise und Ablauf bei der Prüfplanung 1 . Bestimmung der Prüfplankopfdaten 2. Auswahl der Prüfmerkmale3. Festlegung des Prüfzeitpunktes4. Festlegung der Prüfart5. Festlegung des Prüfumfangs6. Festlegung von Prüfort/ personal7. Auswahl der Prüfmittel8. Festlegung des Prüftextes9. Festlegung der Prüfdokumentation10. Festlegung der Prüfdatenverarbeitung
• Attributive vs. Variablenprüfung Attributprüfung:-  gut/ schlecht-  vorhanden/nicht vorhanden-  nicht anzeigende Prüfmittel Variablenprüfung-  quantitative Merkmale-  anzeigende Prüfmittel Entscheidung erfolgt aus Kosten u. Eignung des Zusammenspiels zwischen Prüfmittel und Prüfmerkmal. Variablenprüfungen sind Attributprüfungen vorzuziehen (statistische Auswertbarkeit)

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