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Messtechnik

Verkörperte Längenmaße schnell und präzise kalibrieren

| Redakteur: Jan Vollmuth

Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt bestellte für die Prüfung und Bewertung der Konformität von Längenmessmitteln ein 10 m langes vollautomatisches Bandmaßprüfgerät bei Feinmess Suhl – eine vielfältige Herausforderung für den Hersteller von Präzisionsmessmitteln.

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Das Bandmaßprüfgerät BMG10000 von Feinmess Suhl gestattet die vollautomatische Kalibrierung und Prüfung von Gliedermaßstäben und Rollbandmaßen in allen Längen und Ausprägungen sowie von Umfangsbandmaßen und Stahl- oder Glasmaßstäbe mit Skalen, die von einer Kamera gelesen werden können.
Das Bandmaßprüfgerät BMG10000 von Feinmess Suhl gestattet die vollautomatische Kalibrierung und Prüfung von Gliedermaßstäben und Rollbandmaßen in allen Längen und Ausprägungen sowie von Umfangsbandmaßen und Stahl- oder Glasmaßstäbe mit Skalen, die von einer Kamera gelesen werden können.
(Bild: Feinmess Suhl)

Die kennt jeder: Verkörperte Längenmaße mit Stricheinteilung wie Messbänder, Gliedermaßstäbe („Zollstöcke“), Arbeitsmessstäbe (Stahl- oder Glaslineale, Schneiderellen) sind allgegenwärtig. In Industrie, Handel und Gewerbe dienen sie der Längenmessung bzw. der Ermittlung der Fläche oder des Volumens und sind damit häufig die Grundlage für die Abrechnung von Dienstleistungen oder Wirtschaftsgütern. Die hierfür eingesetzten Längenmaße müssen, da sie im gesetzlich geregelten Bereich verwendet werden, ein Konformitätsbewertungsverfahren nach Richtlinie 2004/22/EG (MID) durchlaufen.

Die Durchführung dieser Prüfungen bzw. Bewertungen der „Konformität von Längenmessmitteln“ anhand von Baumustern, Produktionsstichproben und Entwürfen ist die Aufgabe der gleichnamigen Arbeitsgruppe 5.45 der Abteilung Fertigungsmesstechnik in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB).

Wächter über das gesetzlich geregelte Einheitensystem SI

Die Arbeitsgruppe 5.45 der PTB widmet sich der „Konformität von Längenmessmitteln“ und hat ihren Sitz in Braunschweig.
Die Arbeitsgruppe 5.45 der PTB widmet sich der „Konformität von Längenmessmitteln“ und hat ihren Sitz in Braunschweig.
(Bild: PTB Braunschweig)

Die PTB ist das nationale Metrologie-Institut in Deutschland. Die Aufgaben der Bundesbehörde mit ihren neun technisch-wissenschaftlichen Abteilungen sind neben der Bestimmung von Fundamental- und Naturkonstanten auch die Darstellung, Bewahrung und Weitergabe der gesetzlichen Einheiten des internationalen Einheitensystems SI (frz. Systéme international d’unités) sowie die Sicherheitstechnik. Darüber hinaus bietet die PTB Dienstleistungen wie den Deutschen Kalibrierdienst (DKD) und Messtechnik für den gesetzlich geregelten Bereich, die Industrie und den Technologie-Transfer an.

Für die Baumusterprüfbescheinigung von Messbändern, starren oder halbstarren Strichmaßen und Gliedermaßstäben sowie berührungslosen Längenmesssystemen steht der Arbeitsgruppe 5.45 neben einem 50-Meter-Interferenzkomparator in vollklimatisierter Umgebung seit einiger Zeit auch ein Bandmaßprüfgerät (BMG) von Feinmess Suhl mit einer Messlänge von 10 m und einer automatischen Bildverarbeitung (BV) zur Verfügung. Auf beiden Geräten werden im Fall der verkörperten Längenmaße mit Stricheinteilung die Striche des jeweiligen Prüflings mit der eines Normals verglichen. „Mit dem Interferenzkomparator können Messbänder auf wenige µm genau gemessen werden. Allerdings sind diese Messungen sehr aufwendig und das Gerät sehr pflegeintensiv“, erklärt Arbeitsgruppenleiter Ingo Lohse.

Messbänder sowie Glieder- und Arbeitsmaßstäbe mit hoher Genauigkeit prüfen

Daher nutzt sein Team stattdessen das Bandmaßprüfgerät BMG10000 BV, wenn stichprobenartige, produktionsüberwachende Prüfungen von handelsüblichen Messbändern sowie Glieder- und Arbeitsmaßstäben vorgenommen werden. Die Fehlergrenze bzw. Genauigkeit des BMG liegt deutlich unter 50 µm (auf 10 m Länge) und ist damit mehr als ausreichend für diese Art der Längenmessmittel. Zudem seien die Prüfungen mit dem neuen Bandmaßprüfgerät dank des vollautomatischen Prüfmodus sehr unkompliziert und der Arbeitsaufwand wesentlich geringer als bei Prüfungen mit dem Interferenzkomparator.

Messunsicherheit und zeitlicher Aufwand reduziert

Die Trommeln der Aufwickeleinrichtung vereinfachen während der Kalibrierung das Umsetzen von Bandmaßen, die länger als 10 m sind.
Die Trommeln der Aufwickeleinrichtung vereinfachen während der Kalibrierung das Umsetzen von Bandmaßen, die länger als 10 m sind.
(Bild: Feinmess Suhl)

Feinmess Suhl entwickelte das zehn Meter lange, vollautomatische Bandmaßprüfgerät BMG10000 BV Anfang 2017 als konsequente Evolution des kürzeren BMG5000 BV.

Den Anstoß dazu gab die PTB. Denn das Kalibrieren von Bandmaßen hat durch die letzte Änderung der IATF 16949 hinsichtlich der Beurteilung von Messsystemen sowie die Art und Weise der Aufzeichnungen der Kalibrierung und Verifizierung von Prüfmitteln an Bedeutung gewonnen. Ingo Lohse und sein Team kannten bereits den kleineren Kalibrierplatz BMG5000 BV. Sie wünschten sich jedoch mehr Länge. Denn umso länger das Bandmaßprüfgerät, desto weniger häufig muss bei der Prüfung langer Messbänder umgesetzt und neu ausgerichtet werden. Ein längeres Bandmaßprüfgerät verringert somit nicht nur die Messunsicherheit, sondern auch den zeitlichen Aufwand deutlich.

Vollautomatische Kalibrierung und Prüfung eliminiert Ablesefehler

Das BMG10000 BV gestattet vollautomatische Kalibrierungen und Prüfungen von Gliedermaßstäben und Rollbandmaßen in allen Längen und Ausprägungen sowie von Umfangsbandmaßen und Stahl- oder Glasmaßstäben mit Skalen, die von einer Kamera gelesen werden können. Dabei erfasst eine hochauflösende CCD-Kamera selbstständig die Stricheinteilung des Prüfkörpers, die mit dem Sollwert verglichen und in der Software protokolliert wird. Manuelle Ablesefehler werden auf diese Weise ausgeschlossen. Ist bei der Prüfung längerer Messbänder ein Umsetzen erforderlich, findet die Software selbstständig den Aufnahmepunkt wieder und prüft von dort weiter. Zudem werden die Messergebnisse visualisiert und über das integrierte Interface an die Mess- und Auswertesoftware weiterleitet. Hinterlegte Prüfalgorithmen vereinfachen dabei den Prüfablauf und die Auswertung.

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Für den Einsatz des BMG10000 in Braunschweig modifizierte Feinmess Suhl die Software gemäß dem Anforderungsprofil der PTB. So wurde u. a. eine Strichbreitenmessung realisiert, um auch nach internationalen Normen prüfen zu können.

Abrolleinrichtung für lange Bandmaße mit mehr als 10 m Länge.
Abrolleinrichtung für lange Bandmaße mit mehr als 10 m Länge.
(Bild: Feinmess Suhl)

Entscheidend bei der Konstruktion des BMG war ein geringer Abstand zwischen Prüfling und Messsystem. Dies minimiert den Abbe‘schen Fehler und garantiert die höchste Messgenauigkeit. Um die Genauigkeit des Gesamtsystems und die Rückführung auf nationale Normale sicherzustellen, führt die PTB zweimal jährlich eine Kalibrierung des BMG mit dem hauseigenen Interferometer durch. Der dabei ermittelte Wert muss sich im Rahmen der Messunsicherheitsbilanz des Geräts bewegen und später bei jeder Prüfung mit dem BMG berücksichtigt werden.

Länge war logistische Herausforderung

Die Realisierung des zehn Meter langen Bandmaßprüfgerätes stellte Feinmess Suhl allerdings vor verschiedene, vor allem logistische Herausforderungen. So besteht das BMG10000 aus Transportgründen aus mindestens zwei Grundteilen von jeweils ca. 5200 mm Länge. Da das PTB-Prüflabor für Längenmessmittel in einem Kellerraum mit eingeschränktem Zugang untergebracht ist, mussten diese beiden Einzelteile zunächst mit Hilfe eines Krans in einem vertikalen Lichtschacht hinabgelassen und anschließend um mehrere Ecken an den finalen Bestimmungsort transportiert werden. „Auch die Installation des Systems im Gebäude und der nachträgliche Einbau des Messsystems, einem temperaturstabilisierten Messlineal aus Invar-Stahl, in den zusammengesetzten, zweiteiligen Grundkörper war nicht ganz ohne. Hier waren absolutes Feingefühl und Präzision gefragt, damit die Gerätefunktion anschließend auch vollumfänglich gegeben war“, erklärt Nils Blondin, Geschäftsführer von Feinmess Suhl.

Der Aufwand hat sich gelohnt: Das Team um Ingo Lohse konnte dank des neuen BMG die Prüfzeiten für verkörperte Längenmaße mit Stricheinteilung deutlich reduzieren. „Derzeit gibt es auf dem Markt keine vergleichbaren Prüfsysteme. Die physikalische Idee ist nicht neu, doch die Umsetzung ist sehr smart“, bestätigt Ingo Lohse.

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