Messen & Prüfen

Was ist Messtechnik? Definition, Grundlagen und Beispiele

| Redakteur: Katharina Juschkat

Messen & Prüfen findet heute hauptsächlich digital statt – doch manche Messgeräte wie der Messschieber werden bis heute eingesetzt – natürlich längst mit digitaler Schnittstelle.
Messen & Prüfen findet heute hauptsächlich digital statt – doch manche Messgeräte wie der Messschieber werden bis heute eingesetzt – natürlich längst mit digitaler Schnittstelle. (Bild: ©industrieblick - stock.adobe.com)

Die Messtechnik ist ein unverzichtbarer Teil der Automatisierung – wir geben einen Überblick, was hinter dem Messen & Prüfen steht und welche Arten der Messtechnik es gibt.

Die Messtechnik befasst sich damit, mithilfe verschiedener Geräte physikalische Größen zu bestimmen. Damit ist sie in der Automatisierung heute unverzichtbar, da sie im Produktentstehungsprozess die Qualität des Produktes in Form von Mess- und Prüfdaten überwacht.

Mit leistungsstärkerer Prüftechnik können auch Einzelstücke oder Kleinserien in weitaus höherer Präzision gefertigt werden. Die Forderung nach leistungsstarker Messtechnik hat also stets einen übergreifenden Effekt auf die gesamte Fertigungsqualität. Dies bedeutet aber auch: Das Investieren in moderne Messtechnik ist ein handfester Wettbewerbsvorteil. Es lohnt sich daher, einen genauen Überblick über die heute verfügbare Messtechnik zu gewinnen.

Die Messtechnik im Produktionsprozess

Die Produktqualität wird in einer Fertigung an mindestens drei Punkten gemessen:

  • Eingangskontrolle
  • Zwischenkontrolle
  • Ausgangskontrolle

Dieses übergreifende Schema lässt sich von dem gesamten Produktionsstandort auf die einzelne Fertigungsstation übertragen. Je nachdem welcher Aspekt des Produkts untersucht werden soll, kommt eine unterschiedliche Messtechnik zum Einsatz.

Die Prüftechnik lässt sich in drei Bereiche aufteilen:

  • Werkstoffprüfung
  • Dimensionsprüfung
  • Funktionsprüfung

Messtechnik für die Werkstoffprüfung

Ist der verwendete Werkstoff mangelhaft, kann auch das beste Fertigungsverfahren kein erstklassiges Produkt mehr herstellen. Darum ist die Prüftechnik rund um die Materialqualität eine der am weitesten fortgeschrittenen Disziplinen in der Qualitätssicherung.

Werkstoffprüfung wird grundsätzlich in zwei Ansätzen unterschieden: Die zerstörende Werkstoffprüfung und die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung. Bei der zerstörenden Werkstoffprüfung wird ein definiertes Probenstück einer Charge nach seinen Eigenschaften untersucht. In der Stahlverarbeitung sind dies die Standardwerte:

  • Zugfestigkeit
  • Streckgrenze
  • Biegefestigkeit
  • Härte
  • Zähigkeit
  • Chemische Zusammensetzung

Bei der Kunststoffverarbeitung kommt zu diesen Grundwerten noch die elektrische Leitfähigkeit hinzu.

Im Gegensatz zur früheren unpräzisen, manuellen und mühsamen Handhabung überzeugen die Geräte von heute mit kompakten Aufbau, präziser und schneller Messung, Wartungsfreundlichkeit und vor allem einer automatisierten Datenübertragung in ein zentrales EDV-System. Die Anbindung an eine leistungsstarke EDV ist in der gesamten Messtechnik ein großes Thema. Nur wenn die erhobenen Werte auch zentral verwaltet und verarbeitet werden können, lässt sich ein wirklich leistungsstarkes Qualitätskonzept erstellen.

Die Verfahren der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung

Die Messtechnik für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung fußt im Wesentlichen auf zwei Verfahren: Der Röntgenmessung und der Ultraschallmessung.

Bei der Röntgenmessung wird das Werkstück mittels Strahlung durchleuchtet. Die Fortschritte sind erstaunlich: Durch immer sensiblere Sensoren konnte die notwendige Strahlendosis pro Millimeter Werkstoffdicke ständig weiter gesenkt werden.

Ein tragbarer Röntgenapparat für die Werkstoffprüfung für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung.
Ein tragbarer Röntgenapparat für die Werkstoffprüfung für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung. (Bild: Tragbarer Röntgen-Apparat für Werkstoffprüfung / RadXman / CC BY-SA 3.0)

Bei der Ultraschallprüfung wird in das Werkstück ein Impuls eingebracht und das reflektierte Echo verarbeitet. Auch hier ist die Messtechnik weiter voran geschritten. Die heute tragbaren Geräte überzeugen mit einer Ergebnisqualität, die das Röntgen vielerorts schon überflüssig gemacht hat.

Bei beiden Verfahren hat die Digitalisierung schon längst Einzug gehalten. Vor allem beim Röntgen konnten die traditionellen Chemie-Filme durch eine hoch entwickelte Sensorik ersetzt werden, die Vorteile bietet: Bei einem modernen Röntgen-Messgerät entfällt der gesamte Film-Entwicklungsprozess. Die Ergebnisse werden sofort angezeigt. Das beschleunigt das Verfahren erheblich, reduziert die Abfälle und ermöglicht eine schnellere, unmittelbare Reaktion auf die Resultate dieser Messtechnik.

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Weitere Parameter, die in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung durch ein Messgerät kontrolliert werden, sind beispielsweise:

  • Restmagnetismus
  • Gauss
  • Elektrische Leitfähigkeit
  • Opazität (Durchsichtigkeit)
  • Wärmeleitfähigkeit
  • Optische Prüfungen (Mikroskopie)

Neben dieser gerätelastigen Messtechnik werden in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung auch andere Werte ermittelt, für die es kein Messgerät gibt. Dazu zählt beispielsweise die Rissbildung. Was durch Röntgen oder Ultraschall nicht erfasst werden kann, dafür steht noch der klassische Farbeindringtest bereit.

Messschieber bis heute im Einsatz

Beim Verarbeiten von Werkstoffen zu Werkstücken geht es in erster Linie um das Einhalten der vorgegebenen Toleranzen. Die Messtechnik bietet hierzu eine Vielzahl von traditionellen und modernen Ansätzen. Der Messschieber ist auch heute noch in Gebrauch. Er bietet aufgrund seiner Handlichkeit und der verbreiteten Kompetenz seiner Handhabung große Vorteile bei der Akzeptanz. Und die Digitalisierung hat auch bei diesem traditionellen Universal-Messgerät für Längen, Breiten und Durchmesser Einzug gehalten: Hochwertige Messschieber verfügen heute über eine digitale und drahtlose Schnittstelle. Mit diesen Features lassen sich die erhobenen Werte zentral erfassen und in der Qualitätssicherung verarbeiten. Das Ergebnis ist eine schnellere und präzisere Feststellung eines Trends, welcher die Toleranz der Fertigungsqualität gefährden könnte.

Natürlich lässt sich nicht alles mit dem Messschieber kontrollieren. Je nach Komplexität des Bauteils müssen auch heute noch für die schnelle Erhebung einer Messreihe Schablonen oder andere individuell konfigurierte Lösungen hergestellt werden.

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Große Bauteile sicher und zuverlässig vermessen

Für große Bauteile kommt seit einigen Jahrzehnten ein teures, langsames aber sehr zuverlässiges Verfahren zur Dimensionserfassung zum Einsatz: Die 3D-Koordinatenmessung. Dieses Messgerät besteht aus einem Prüfkopf mit linearer 3-Achs-Führung. Der Prüfkopf fährt ein eingelegtes Werkstück an definierten Punkten bis zur leichten Berührung an. Damit können auch große Baugruppen in einer sehr hohen Genauigkeit auf die Einhaltung der Toleranzen kontrolliert werden. Allerdings ist diese Messtechnik relativ langsam. Die Lasermessung verspricht hier weitaus schnellere Ergebnisse. Ein Laser-Messgerät ist in der Anschaffung jedoch noch um einiges teurer.

Inzwischen ist durch den 3D-Druck eine weitere Messmethode im Einsatz: Ein Scansystem, mit dem sich die Konturen eines beliebigen Gegenstands digital erfassen lassen. Im Consumer-Bereich werden die teuren Laser-Scanner zunehmend von den wesentlich preiswerteren Kamera-Scannern verdrängt. Das Prinzip dieser Messtechnik ist bestechend einfach: Filmt man ein Produkt aus zwei verschiedenen Perspektiven aus einem definiertem Abstand, braucht man nur einen einzigen Referenzpunkt - schon lässt sich praktisch jede Strecke, jeder Winkel und jeder Radius am Produkt exakt bestimmen. Die 3D-Messung per Kamera könnte deshalb ein ernsthafter Konkurrent für die Lasermessung werden.

Mit diesem Artikel konnten wir nur einen kleinen Einblick darüber geben, was die Messtechnik von heute zu bieten hat. Bitte geben Sie uns Ihr Feedback: Wie hilfreich fanden Sie diesen Artikel zum Thema Messtechnik? Welche Fragen sind bei Ihnen noch offengeblieben? Wir freuen uns über Ihre Rückmeldung in den Kommentaren oder direkt hier an mich!

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