Richtige Validierung von Messgeräten

Die hohe Kunst der Artefakte

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Gelangen zwei Geräte zu denselben Messergebnissen an einem Artefakt, korrelieren in einem bestimmten Teil aber nicht, dann ist der Unterschied nicht auf die Instrumente zurückzuführen. Vielmehr ist der Grund in den Messvorgängen zu suchen, die überprüft und weiter untersucht werden müssen, um die gewünschte Messung zu erhalten Bilder: Creaform
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Die einzige Art der Bestätigung, dass ein Messinstrument innerhalb seiner Spezifikationen arbeitet, ist der Vergleich mit einem Artefakt, dessen Abmessungen in einem bekannten Labor kalibriert wurden. Nur so ist es möglich, die Messungen zwischen Geräten zu korrelieren, da nur mit einem Artefakt alle Variablen eliminiert werden können, die die Messung beeinträchtigen könnten. Dank eines Artefakts steht zweifelsfrei fest: Das Gerät liefert exakte Messungen.

Wenn alte Messgeräte ersetzt werden, ist es üblich zu überprüfen, dass sowohl das alte als auch das neue Gerät dieselben Daten misst und eine Qualitätssicherungsprüfung mit demselben Ergebnis abschließt. Zu diesem Zweck werden Korrelationsprüfungen durchgeführt. Es bietet sich an, ein Teil aus dem normalen Produktionsprozess zu messen, schließlich sind alle Daten des Teils bekannt. Dies kann nach Einschätzung von Creaform (Halle 5, Stand 5102) jedoch zu einer falschen Diagnose und zu falschen Schlussfolgerungen bezüglich der Genauigkeit des neuen Messgeräts führen.

Die genaueste Art, zu überprüfen, ob ein Messinstrument innerhalb der vorgegebenen Spezifikationen arbeitet, ist die Verwendung eines kalibrierten Artefakts, dessen Abmessungen zuvor validiert wurden und für das die Daten rückverfolgbar sind. Die Verwendung des gleichen Artefakts für das alte und das neue Gerät minimiert die Variablen, die die Korrelationsprüfung beeinflussen können. Variablen, die zu Messunterschieden führen können, sind beispielsweise die von einer Technologie zur anderen unterschiedlichen Extraktionsverfahren, die selten gleichen Ausrichtungsverfahren, unterschiedliche Verarbeitungs- oder Berechnungsverfahren innerhalb einer Software, unterschiedliche Prüfanordnungen in Abhängigkeit von der Technologie sowie nicht exakt gleiche Umgebungsbedingungen, die die Messungen stark beeinflussen können.

Mit einem kalibrierten und rückverfolgbaren Artefakt kann validiert werden, dass beide Geräte innerhalb ihrer Spezifikationen arbeiten. Wenn also die an diesem kalibrierten Artefakt durchgeführten Messungen die korrekten Werte ergeben, kann man sicher sein, dass die Messgeräte ordnungsgemäß funktionieren.

Beim Prüfen auf Korrelationen zwischen zwei Gerätetypen (das heißt, dem Vergleich der Messergebnisse zweier Instrumente am gleichen Teil) gibt es viele Variablen, die Messfehler verursachen können. Dazu gehören Extraktions- und Ausrichtungsverfahren, Softwareberechnungen, Setup und Umgebungsbedingungen.

Es wird dasselbe Teil gemessen, aber es werden nicht mit jedem Messinstrument dieselben Punkte extrahiert. Die Folge sind Messabweichungen aufgrund von Unvollkommenheiten in der Geometrie des Teils. Wenn man eine Flächenebene abtastet, indem die vier Ecken erfasst werden, berücksichtigt dieses Verfahren nicht die Oberflächenbeschaffenheit der Ebene. Wird die Ebene hingegen gescannt, wird die gesamte Oberfläche gemessen und die Ebenheit erhalten. Wenn also die Fläche leicht gekrümmt ist, kann die gescannte Ebene eine Fehlausrichtung gegenüber der abgetasteten Ebene aufweisen. Dies führt zu einer Messabweichung zwischen den beiden Verfahren.

Es wird dasselbe Teil, jedoch mit zwei unterschiedlichen Ausrichtungsverfahren gemessen. Die Folge ist eine leichte Abweichung im Ausrichtungsverfahren, die aufgrund der Fehlerfortpflanzung zu großen Abweichungen am anderen Ende des Teils führen kann. Auch wenn das gleiche Ausrichtungsverfahren angewendet wird, kann, wie oben beschrieben, ein Unterschied beim Extraktionsverfahren der Ausrichtungselemente zu einer Fehlausrichtung des Teils führen. Die Positionierungswerte basieren auf der Ausrichtung, die sich von einem Instrument zu einem anderen Instrument weder in der Bauweise noch in der Art der Messung unterscheiden darf.

Es wird dasselbe Teil gemessen, jedoch mit unterschiedlicher Software, die für die Verarbeitung der Daten nicht die gleichen Algorithmen verwendet. Die Folge sind Berechnungsunterschiede eines Elements, obwohl die aufgenommenen Messwerte exakt die gleichen sind. Je komplexer eine Messung aufgebaut ist, umso wahrscheinlicher sind Abweichungen zwischen den Berechnungen.

Es wird dasselbe Teil, jedoch mit unterschiedlichem Setup für beide Instrumente gemessen. Die Folge sind abweichende Messungen desselben Teils. Zum Beispiel wird ein großes Teil auf einem Koordinatenmessgerät gemessen. Der Marmor, auf dem das Teil gemessen wird, hat eine Ebenheit von 30 Mikrometern. Danach wird das Teil mit einem 3D-Scansystem gemessen. Die Fläche, auf der das Teil platziert wird, besitzt jedoch eine abweichende Ebenheit (800 µm). Infolgedessen verdreht und verformt sich das Teil leicht, wenn es auf der zweiten Marmorfläche platziert wird. Obwohl dasselbe Teil gemessen wird, ergeben die beiden Setups unterschiedliche Messungen, da die Auflageflächen unterschiedliche Ebenheitswerte aufweisen.

Es wird dasselbe Teil jedoch unter unterschiedlichen Bedingungen gemessen. Die Folge ist ein Unterschied in den Messergebnissen. Wenn wir auf einem Koordinatenmessgerät ein Aluminiumteil von 1 m Länge bei einer Umgebungstemperatur von 20 °C und danach exakt das gleiche Teil bei 25 °C messen, führt dieser Temperaturunterschied bereits zu einer Verlängerung des Teils um 115 µm bei 25 °C.

Für die Qualitätssicherung ist es von entscheidender Bedeutung, die verschiedenen Variablen zu minimieren, die zu Korrelationsfehlern führen können. Der einfachste Weg ist es, für beide Instrumente das gleiche Artefakt zu verwenden, dessen Abmessungen zuvor validiert wurden und für das die Daten rückverfolgbar sind. Artefakte zeichnen sich dadurch aus, dass sie kalibriert und rückverfolgbar sind. Alle Elemente wurden zuvor in einem Labor gemessen und verifiziert, so dass keine Zweifel und Unsicherheiten bezüglich der Abmessungen bestehen. ■


Der Autor

Guillaume Bull

Produkt Manager

Creaform

www.creaform3d.com


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