Seite 1 von 22 Längenmessung, Toleranzen und Messunsicherheit Wolfgang Knapp IWF, ETH Zürich Leiter Messtechnik Tannenstrasse 3, CLA G11.2 8092 Zürich Tel 052 680 2504 knapp@iwf.mavt.ethz.ch
Seite 2 von 22 Goldene Regel der MT: U < 10% der Toleranz ISO 230-1:1986, WZM, Grundlagen der geometrischen Prüfung ISO 14253-1:1998, Entscheidungsregeln (einseitige) Toleranzzone Übereinstimmungsbereich Messunsicherheit Messunsicherheit Nichtübereinstimmungsbereich
Seite 3 von 22 Messunsicherheit, Grenze als Bereich (zweiseitige) Toleranzzone Nichtübereinstimmungsbereich Übereinstimmungsbereich Nichtübereinstimmungsbereich NÜB U U ÜB U U NÜB
Seite 4 von 22 Messunsicherheit - Bestimmung, Anwendung Bestimmen klassische Messungen spezielle Messungen Zus. Rundheitsmessung Koordinatenmesstechnik abgeleitete Grössen
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
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 0-100 C α = f(t) Tabellen Änderung der Temperatur Änderung der Temperatur örtlich zeitlich
Seite 7 von 22 Komponenten der Messunsicherheit allgemein Anwenden Messgerät Umgebung Messobjekt Wdh. Messaufbau
Messunsicherheit, Beiträge Seite 8 von 22 klassische Messung Messunsicherheit Messgerät Anwendung Umgebung Messung für Fortgeschrittene
Seite 9 von 22 KMG: Einflüsse auf die Messunsicherheit Definition der Messung Messparameter Handhabung des WS Eigenschaften des WS Umgebung Eigenschaften des KMG
Seite 10 von 22 Eigenschaften des WS: Steifigkeit KMG Überwachung mit Kugelstab Einfluss 2. Ordnung auf Länge?
Seite 11 von 22 Messparameter: Messpunkte Anzahl und Verteilung der Messpunkte
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
Seite 13 von 22 Eigenschaften des Werkstückes: Gestalt
Seite 14 von 22 Definition der Messung Abstand zweier nominell paralleler Ebenen
Seite 15 von 22 Definition der Messung Definition der Ersatzfläche Gauss
Seite 16 von 22 Definition der Messung Definition der Abstandsmessung 200 ±0.050 alle 2-Punkt-Abstände innerhalb von 199.950 und 200.050
Seite 17 von 22 Definition der Messung Bezugssystem
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
Seite 19 von 22 Definition der Messung Bezugssystem
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
Seite 21 von 22 Kurzzeit-Prozessfähigkeit C s C s = Toleranz 6 ( Streuung) 1,67 Bedingung gemäss VDMA 8669, ISO/DIS 26303 Auflösung 3% der Toleranz Messstreuung 2.5 % der Toleranz Messstreuung gleiches Werkstück 50x gemessen
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