Lesen Sie meinen Blog regelmäßig? Wenn ja, dann habe ich eine Frage an Sie: Sind Sie nach meinem letzten Artikel aktiv geworden und haben sich weitergebildet?
Mein letzter Blog-Artikel thematisierte die Weiterbildung. Nicht nur die, bei der Sie mehrere Tage an einer Schulung teilnehmen irgendwo in Deutschland. Ich meinte auch die Weiterbildung, die Sie regelmäßig an Ihrem Arbeitsplatz durchführen können, in dem Sie Erfahrungen sammeln. Wenn Sie diesen Schritt gewagt haben, beglückwünsche ich Sie. Das war ihr erster Schritt in die richtige Richtung. Sie machen sich heute fit, um die Probleme von morgen lösen zu können.
Unverhofft kommt oft
Sie wissen doch, solche Probleme kommen immer unverhofft und ungelegen. Ihr Vorgesetzter sitzt Ihnen im Nacken, weil dringend weiter produziert werden muss. Um Zusammenhänge zu verstehen und eine vage Idee zu bekommen, was die Ursache für die zu großen Maßabweichungen sein, brauchen Sie die entsprechende Erfahrung. Wenn Sie zu diesem Zeitpunkt erst anfangen müssen, sich mit der Thematik intensiver zu beschäftigen, geht viel Zeit verloren.
Liegt es am Fertigungsprozess, am Material, am Werkzeug? Oder wurde einfach nur ungeschickt gemessen, so dass Abweichungen protokolliert werden, die so am Bauteil gar nicht vorliegen? Dann fängt das Rätselraten an: Was könnte die Ursache sein? Es werden „wilde Versuche“ gefahren. Das alles kostet Nerven, Zeit und Geld.
Wäre es da nicht besser, wenn sich zu diesem Zeitpunkt ein Fachmann oder eine Fachfrau meldet – das könnten Sie sein – und mit ihrem Knowhow die richtige Richtung vorgibt. Zielgerichtete Tests bestätigen Ihre Vermutung. Die Ursache ist gefunden und das Problem kann umgehend behoben werden.
Wiederholung prägt ein
Ich möchte das Beispiel der Messunsicherheit aufgreifen, das ich bei einem meiner letzten Artikel („Drehtisch einmessen“) erwähnt habe, heute erneut aufgreifen. Warum? Das Beispiel ist so einfach und einprägsam, zur gleichen Zeit so wichtig. Jeder Messtechniker muss diesen Zusammenhang kennen. Kreise bzw. Zylinder oder Kegel, die meistens als Kreise gemessen werden, sind Basis für Bezüge und Koordinatensysteme. Wird an dieser Stelle bereits ein so fundamentaler Fehler bei der Messstrategie begangen, führt dies zwangsläufig zu großen Messunsicherheiten und damit zu unsicheren Ergebnissen.
Messunsicherheit bei der Kreismessung
Deshalb heute noch einmal eine kurze Wiederholung zur Messunsicherheit bei der Kreismessung. Dr.-Ing. Michael Hernla hat dazu eine Untersuchung durchgeführt, die den Einfluss der Messstrategie bei einer Kreismessung betrachtet (siehe: Dr.-Ing. Michael Hernla: „Messstrategien am Kreis und am Kreisausschnitt“).
Eine Kernaussage dieser Untersuchung ist, dass die Messunsicherheit deutlich ansteigt, je kleiner der Kreisausschnitt ist, über den der Kreis gemessen wird. Das kann man sich durchlesen und hinnehmen. Oder man macht selber ein paar Tests, um Erfahrungen zu sammeln. Stimmt die Aussage überhaupt? Wenn ja, wie groß sind die Abweichungen? Was passiert, wenn ich den Kreisausschnitt immer kleiner und kleiner wähle?
Ich habe solche Tests selber durchgeführt. Dabei hat mich auch interessiert, wie groß der Einfluss der Formabweichung ist. Deshalb habe ich einmal mit idealen Messpunkten gearbeitet (Formabweichung = 0.0 mm) und im Vergleich dazu mit einer Formabweichung von ca. 0.027 mm.
Keine Formabweichung – keine Probleme
Ist keine Formabweichung vorhanden, das heißt, ich habe nur ideale Messpunkte, dann ist es egal, wie groß der Kreisausschnitt ist, über den gemessen wurde. Sogar die Anzahl der Punkte spielt keine Rolle. Jede Messung hat zu dem idealen Ergebnis geführt: ein Kreis auf Position X=0.0 und Y = 0.0 mit Durchmesser = 50.0 mm.
Der Kreisausschnitt variierte zwischen 360° und 0,5°. Ich weiß, was Sie denken, „0.5° ist nicht realistisch, ist doch viel zu klein“. Ich gebe Ihnen Recht, das ist nicht realistisch. Aber ideale Messpunkte sind ebenfalls nicht realistisch. Dieser kleine Kreisausschnitt hat sich während der Tests ergeben. Als ich bei 5° immer noch einen Kreis mit idealen Werten bekommen habe, habe ich den Kreisausschnitt Schritt für Schritt kleiner gewählt.
Formabweichung und kleiner Kreisausschnitt
Die zweite Versuchsreihe ist an die erste angelehnt. Wiederum nehmen wir Messpunkte, die einen Kreis auf Position X=0.0 und Y = 0.0 mit Durchmesser = 50.0 mm abbilden. Dieses Mal sind die Punkte mit einem Rauschen von ca. 0.014 mm überlagert, die eine entsprechende Formabweichung bewirken. Das Rauschen setzt sich aus mehreren überlagerten Sinuswellen zusammen, die sich in Wellenlänge und Amplitude unterscheiden (s.u.). Es handelt sich also um ein regelmäßiges Rauschen, so dass es nicht von Bedeutung ist, welcher Teil des Kreises für die Auswertung verwendet wird. Es handelt sich um 720 Messpunkte, die über 360° verteilt sind. Für Auswertungen über einen kleineren Kreisausschnitt ergeben sich dementsprechend kleinere Messpunktzahlen. Bei 30° Kreisausschnitt ergeben sich dadurch 60 Messpunkte.
Das Ergebnis
Die Auswertung der Kreismessung über 360° ergibt – trotz der überlagerten Formabweichungen – einen Kreis mit dem erwarteten Durchmesser und auf der erwarteten Position. Das ist ein erfreuliches Ergebnis. Zeigt es doch, dass eine Vollkreismessung trotz Formabweichungen zu stabilen Ergebnissen führt.
Für die weiteren Versuche habe ich den Kreisausschnitt Schritt für Schritt reduziert. Versuche mit Kreisausschnitten über 180° und 120° habe ich bereits im Artikel „Drehtisch einmessen“ dokumentiert. Deshalb betrachte ich bei dieser Versuchsreihe nur deutlich kleinere Kreisausschnitte und zwar 45° und kleiner.
Die obige Grafik zeigt alle Kreise beginnend von der Messung über 360°, sowie Ausschnitte über 45° bis hin zu 5°. Auf den ersten Blick ist gut zu erkennen, dass der Kreisdurchmesser deutlich variiert. Dabei treten Unterschiede von über 5 mm auf! Dabei gibt es Messungen, die zu einem größeren Durchmesser führen (s. 25° Kreisausschnitt). Es gibt auch Messungen, die zu einem kleineren Durchmesser führen (s. 10° Kreisausschnitt).
Betrachtet man die Kreismittelpunkte, die im obigen Bild als weiße Kreuze dargestellt sind, sieht man, dass auch diese deutlich variieren. Das folgende Bild gibt einen zahlenmäßigen Überblick über die Ergebnisse.
Ich muss ehrlich sagen, ich bin geschockt, wie groß der Einfluss des gemessenen Kreisausschnittes auf das Messergebnis ist. Die Unterschiede im Durchmesser und in der Position liegen im Millimeterbereich. Das ist nichts, was man ignorieren kann. Diese Daten unterstreichen das Ergebnis zu dem Dr-Ing. Hernla gekommen ist: Die Messunsicherheit steigt stark an für Kreisausschnitte unter 180°.
Fazit
Bei Messung von Kreisausschnitten mit weniger als 180° steigt die Messunsicherheit sehr deutlich an. Jeder Messtechniker muss das wissen und kleine Kreisausschnitte vermeiden wie der Teufel das Weihwasser. Testen Sie es mal mit ihren eigenen Werkstücken und sammeln Sie ihre eigenen Erfahrungen.
Sie kennen sicher das folgende chinesische Sprichwort: „Die beste Zeit, um einen Baum zu pflanzen war vor 20 Jahren. Die zweitbeste Zeit ist jetzt.“
So ist es mit der Weiterbildung. Wenn Sie es nicht schon längst tun, dann fangen Sie heute damit an.
