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Messunsicherheiten jetzt noch kleiner!

Koordinatenmessgerät wurde nochmals verbessert!

(Chemnitz, 2.12.2019) Vor knapp zwei Jahren wurde bei der DB Systemtechnik in Chemnitz eines der genauesten derzeit auf dem Markt verfügbaren Koordinatenmessgeräte großer Bauart in Betrieb genommen. Das hochpräzise Messgerät eignet sich u.a. für die Kalibrierung von Referenz-Radsätzen, welche als Einstell- und Kalibriernormale für die passgenaue Neufertigung oder Reprofilierung von Radsätzen notwendig sind.

Nun wurde das Koordinatenmessgerät nochmals verbessert, wie Frank Wolf, Leiter der Kalibrier- und Prüfstelle der DB Systemtechnik in Chemnitz, erläutert.


Herr Wolf, für welche Messobjekte eignet sich ihr Koordinatenmessgerät:
Wir können in Chemnitz Messobjekte bis zu einem Volumen von 3 m x 2 m x 1,6 m messen. Damit sind wir in der Lage, große, schwere und komplexe Bauteile in kurzer Zeit auf sehr kleine Maß-, Form-, Lauf- und Lageabweichungen hin zu überprüfen, bis hinab in den Mikrometerbereich.
Wie exakt das Koordinatenmessgerät misst, wird noch deutlicher, wenn man ein Mikrometer in Millimeter ausdrückt, denn das sind dann 0,001 Millimeter. Zum Vergleich: Der Durchmesser eines durchschnittlichen menschlichen Haares beträgt etwa 0,05 bis 0,08 Millimeter.


Kalibrieren Sie bisher nur Referenzradsätze auf Ihrer Maschine?
Die Kalibrierung von Referenzradsätzen gehört aktuell sicherlich zu unseren Kernaufgaben. Das Koordinatenmessgerät ist aber ein Universalmessgerät und unser Portfolio geht weit über die Messung von Radsätzen hinaus. Präzise Messergebnisse mit kleinen Messunsicherheiten werden ja auch für andere Anwendungen dringend benötigt.


Was sind das für Messaufgaben?
Zu den häufigen Messaufgaben gehört die Messung der Position und Lage der Lagersitze von Schienenfahrzeuggetrieben. Mit den Ergebnissen unserer Messung kann der Instandhalter die Wartung der Getriebe für die jeweilige Fahrzeugbaureihe verbessern.
Nachgefragt ist auch die anspruchsvolle Kalibrierung von Sickenlehren, welche für die Qualitätssicherung der eng tolerierten Funktionsflächen von Eisenbahnschwellen benötigt werden.
Hohe Anforderungen an die Messprozesse können wir auch erfüllen bei Schaduntersuchungen von Radsatz- und Radsatzkomponenten und bei Getriebegehäusen. Auch bei der allgemeinen, fertigungsbegleitenden Prüfung geben unsere Messergebnisse häufig den entscheidenden Hinweis für die Ursache der gesuchten Abweichung bzw. bestätigen unabhängig die Konformität.
Nicht zuletzt sind unsere Messergebnisse gefragt, wenn es um das Thema Reverse-Engineering geht. Denn auch bei dieser Aufgabe ist es entscheidend, qualitativ hochwertige Messergebnisse als Datenbasis zu verwenden, denn alle Folgeprozesse basieren auf diesen Grunddaten.

Warum war es notwendig, das Koordinatenmessgerät noch genauer zu machen?
Mit den von uns kalibrierten Messobjekten werden häufig die Messeinrichtungen in der Fertigung justiert oder kalibriert. Aufgrund enger Fertigungstoleranzen arbeitet man hier nicht selten an der Grenze des technisch Machbaren. Auch die Kalibrierunsicherheit trägt zur Messunsicherheit des Messprozesses in der Fertigung bei und muss so klein wie möglich gehalten werden. Mit der Verringerung der Kalibrierunsicherheit vergrößern wir letzten Endes den Spielraum für die Fertigung und den Betrieb.


Das heißt, dass auch das neue Koordinatenmessgerät Verbesserungspotenzial hatte?
Natürlich! Wie jede andere Messung ist auch die Messung mit dem Koordinatenmessgerät mit einer, wenn auch vergleichsweise geringen Messunsicherheit behaftet.
Deshalb haben wir nochmals den gesamten Messprozess betrachtet, von der Gerätetechnik, den Teileeigenschaften, der Messstrategie, den Umwelteinflüssen bis zum Messmaschinen-Bediener. Den jeweiligen Einfluss haben wir dann im Hinblick auf die Größe der Messunsicherheit bewertet.


Und was hatte den größten Einfluss auf die Messunsicherheit?
Einen ganz wesentlichen Einfluss bei Koordinatenmessungen hat die aufgabenbezogene Messstrategie, also die Art und Weise, wie man mit dem Koordinatenmessgerät z.B. Bezüge erfasst und davon ausgehend die Messgrößen ermittelt.
Unser speziell geschultes und erfahrenes Personal entwickelte für jede Messaufgabe eine passende Messstrategie. So müssen wir bei großen und schweren Messobjekten z.B. mit einem starken Objekteinfluss rechnen, der durch die Verbiegung des Messobjektes unter dem Einfluss der Schwerkraft verursacht wird. Diesen Objekteinfluss gilt es mit einer geschickten Messstrategie zu reduzieren oder auszuschalten, um die Messunsicherheit zu minimieren.
Da ein vollständiges Messergebnis stets aus dem Messwert und der Angabe der Messunsicherheit besteht, gab es Optimierungsbedarf bei der Berechnung der Messunsicherheit.


Wie schafften Sie es, die Messunsicherheiten nochmals zu verringern?
Die Messunsicherheit wird berechnet für einen konkreten Messprozess und eine Messstrategie. Die Abschätzung erfolgt häufig auf der Basis allgemein akzeptierter Schätzverfahren, deren Nachteil jedoch darin besteht, dass mit der maximal möglichen Abweichung, z.B. der bekannten Spezifikation des Koordinatenmessgerätes, kalkuliert wird. Mit diesen Angaben bewegt man sich auf der „sicheren Seite“, jedoch ist der Schätzwert häufig größer als die tatsächliche Messunsicherheit. Für bestimmte Anwendungen kann sich die so errechnete Messunsicherheit als zu groß erweisen, was u.a. für die Kalibrierung von Radsätzen zutrifft.
Für die Angabe der Messunsicherheit für ein konkretes, beliebig komplexes Messverfahren setzen wir nun ein virtuelles Koordinatenmessgerät (VCMM) ein. Dies ist eine spezielle, von der Physikalisch Technischen Bundesanstalt entwickelte Software, welche mit statistischen Verfahren die Messung des Koordinatenmessgerätes simuliert und bewertet.
Mit dem VCMM trifft man die Abschätzung der Messunsicherheit nicht wie bislang auf Basis der maximal möglichen, sondern vielmehr der tatsächlichen Abweichungen. Man gelangt so nach einem definierten und akzeptierten Verfahren zu eher der Realität entsprechenden, wesentlich kleineren Messunsicherheiten. Auf diesem Wege können verschiedene Messstrategien auch verglichen und optimiert werden, so dass wir die minimale Messunsicherheit aus dem Koordinatenmessgerät herausholen können.

Welchen Vorteil haben Kunden nun?
Die resultierenden kleineren Messunsicherheiten nützen unseren Kunden in verschiedener Hinsicht. Natürlich können Messeinrichtungen mit genauer kalibrierten Referenzkörpern, wie z.B. Referenzradsätzen, genauer eingestellt werden. Weiter können wir im Kontext einer produktionsbegleitenden Qualitätssicherung nun Messergebnisse mit noch geringeren Messunsicherheiten liefern.
Dies ist besonders hilfreich bei Erstmusterprüfungen, Schadensanalysen oder Reklamationen. Darüber hinaus schaffen kleine Messunsicherheiten bei der Kalibrierung von Einstellnormalen übrigens sogar Spielraum für die Fertigung, weil die Justierunsicherheit und damit die Unsicherheit des Fertigungsmessprozesses verringert werden kann.


Wie kann man noch mehr erfahren über das neue Koordinatenmessgerät?
Zwei Möglichkeiten, die allein und auch gemeinsam funktionieren: Sie informieren sich auf unserer Internetseite unter db-systemtechnik.de/koordinatenmessmaschine oder Sie besuchen uns direkt in der Emilienstraße in Chemnitz.