Längenmessung, Toleranzen und Messunsicherheit

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1 Seite 1 von 22 Längenmessung, Toleranzen und Messunsicherheit Wolfgang Knapp IWF, ETH Zürich Leiter Messtechnik Tannenstrasse 3, CLA G Zürich Tel knapp@iwf.mavt.ethz.ch

2 Seite 2 von 22 Goldene Regel der MT: U < 10% der Toleranz ISO 230-1:1986, WZM, Grundlagen der geometrischen Prüfung ISO :1998, Entscheidungsregeln (einseitige) Toleranzzone Übereinstimmungsbereich Messunsicherheit Messunsicherheit Nichtübereinstimmungsbereich

3 Seite 3 von 22 Messunsicherheit, Grenze als Bereich (zweiseitige) Toleranzzone Nichtübereinstimmungsbereich Übereinstimmungsbereich Nichtübereinstimmungsbereich NÜB U U ÜB U U NÜB

4 Seite 4 von 22 Messunsicherheit - Bestimmung, Anwendung Bestimmen klassische Messungen spezielle Messungen Zus. Rundheitsmessung Koordinatenmesstechnik abgeleitete Grössen

5 Seite 5 von 22 Bestimmung der Messunsicherheit GUM, Guide to the expression of uncertainty in measurement, ISO/IEC Guide 98-3:2008 Standardunsicherheit u i für Einzeleinfluss i aus Versuchen (Typ A Unsicherheit) aus Abschätzung (Typ B Unsicherheit) kombinierte Standardunsicherheit u c u i unabhängig u i voneinander abhängig (erweiterte) Messunsicherheit U Erweiterungsfaktor k für kombinierte Standardunsicherheit

6 Seite 6 von 22 Messunsicherheit verursacht durch Temperatur ISO 1:2002, Bezugstemperatur = 20 C Kompensation auf 20 C L = ( T 20 C) α L ISO/TR 16015:2003 Messung der Temperatur Messgerät Montage des Messgerätes Messung repräsentativ thermische Ausdehnung α Experimente C α = f(t) Tabellen Änderung der Temperatur Änderung der Temperatur örtlich zeitlich

7 Seite 7 von 22 Komponenten der Messunsicherheit allgemein Anwenden Messgerät Umgebung Messobjekt Wdh. Messaufbau

8 Messunsicherheit, Beiträge Seite 8 von 22 klassische Messung Messunsicherheit Messgerät Anwendung Umgebung Messung für Fortgeschrittene

9 Seite 9 von 22 KMG: Einflüsse auf die Messunsicherheit Definition der Messung Messparameter Handhabung des WS Eigenschaften des WS Umgebung Eigenschaften des KMG

10 Seite 10 von 22 Eigenschaften des WS: Steifigkeit KMG Überwachung mit Kugelstab Einfluss 2. Ordnung auf Länge?

11 Seite 11 von 22 Messparameter: Messpunkte Anzahl und Verteilung der Messpunkte

12 Seite 12 von 22 Eigenschaften des Werkstückes: Gestalt Teilkreis Unsicherheit des einzelnen Punktes durch KMG und durch Formabweichung Einfluss auf Radius und Lage des Mittelpunkts >> Unsicherheit des Einzelpunktes

13 Seite 13 von 22 Eigenschaften des Werkstückes: Gestalt

14 Seite 14 von 22 Definition der Messung Abstand zweier nominell paralleler Ebenen

15 Seite 15 von 22 Definition der Messung Definition der Ersatzfläche Gauss

16 Seite 16 von 22 Definition der Messung Definition der Abstandsmessung 200 ±0.050 alle 2-Punkt-Abstände innerhalb von und

17 Seite 17 von 22 Definition der Messung Bezugssystem

18 Seite 18 von 22 Definition der Messung Bezugssystem Ebene definiert mit 3 Punkten Punkte möglichst weit auseinander, damit Winkellage sicher bestimmt Koordinatensystem des Werkstückes definiert mit 6 Punkten (Position X, Y, Z, Drehungen um X, Y, Z) Punkte möglichst weit auseinander, damit Winkellage sicher bestimmt

19 Seite 19 von 22 Definition der Messung Bezugssystem

20 Seite 20 von 22 Kurzzeit-Prozessfähigkeit C s Cs = Toleranz 6 ( Streuung) 1,67 Annahmen perfekter Prozess, perfekte Werkzeugmaschine Wiederholpräzision der Messung als U (k=2) = Prozent der Toleranz

21 Seite 21 von 22 Kurzzeit-Prozessfähigkeit C s C s = Toleranz 6 ( Streuung) 1,67 Bedingung gemäss VDMA 8669, ISO/DIS Auflösung 3% der Toleranz Messstreuung 2.5 % der Toleranz Messstreuung gleiches Werkstück 50x gemessen

22 Seite 22 von 22 Messunsicherheit, Zusammenfassung Messunsicherheit verkleinert Toleranzbereich Einfache Berechnung bei einfachen Messungen Beiträge zur Messunsicherheit: Messgerät, Anwendung, Umgebung, Messobjekt (Werkstück mit Formabweichungen), Wiederholbarkeit des Messaufbaus, Definition der Messaufgabe Messunsicherheit und Unsicherheit berechneter Parameter (Koordinatenmesstechnik, Fähigkeitsindex C s ), Software zur Bestimmung der Messunsicherheit