Was ist Dimensionskontrollprüfung?

Unter den verschiedenen Prüfungen von Produkten und Materialien ist die Maßkontrollprüfung eine der am wenigsten bekannten in der breiten Öffentlichkeit

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Der Zweck von Klima- und mechanischen Prüfungen ist auch für Laien leicht verständlich: die Beständigkeit von Produkten und Materialien gegenüber bestimmten Bedingungen zu überprüfen.

Aber welchen Sinn hat es, die Größe zu überprüfen?

Heute werden wir versuchen, dies in unserer Diskussion über Dimensionskontrollprüfungen in einfachen Worten zu erklären

Wozu dient der Maßkontrolltest?

Es gibt Branchen, in denen die Produktabmessungen von entscheidender Bedeutung sind und ihre Präzision maximal sein muss.

Vor allem eines: Elektronik. Elektronische Bauteile weisen in der Tat extrem geringe Fehlertoleranzen bei der Herstellung von Leiterplatten, integrierten Schaltungen und anderen Komponenten auf.

In geringerem, aber dennoch bedeutendem Umfang der Automobilsektor an Dimensionskontrollprüfungen beteiligt, um die Messungen wichtiger Motorkomponenten zu überprüfen. 

Das gleiche Maß an Präzision ist auch in anderen Sektoren erforderlich, beispielsweise bei der Herstellung medizinischer Instrumente und natürlich im Bauwesen.

In all diesen Fällen wählt der Hersteller einige Stichproben aus und unterzieht diese einer Maßkontrollprüfung, die intern oder durch externe Labore durchgeführt wird, um bescheinigen zu können, dass der Produktionszyklus die erforderlichen Standards erfüllt.

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So funktioniert der Dimensionskontrolltest

Bei der Dimensionskontrollprüfung werden verschiedene technische Hilfsmittel , die je nach Art der zu prüfenden Probe zum Einsatz kommen.

Zu den technologisch anspruchsvollsten Geräten zählen Koordinatenmessgeräte (KMG): Instrumente, die einen computergesteuerten mechanischen Arm verwenden, um die Abmessungen eines Objekts zu messen. 

Das Objekt wird auf der Arbeitsplattform der Koordinatenmessmaschine platziert und der mechanische Arm bewegt sich entlang dreier Achsen, um die x-, y- und z-Koordinaten des Objekts zu messen.

Ein weiteres grundlegendes Instrument ist der Profilprojektor , mit dem sich die Abmessungen komplexer Objekte wie gekrümmter Oberflächen, Nuten oder Bohrungen messen lassen. Die Probe wird auf einen beleuchteten Tisch gelegt, und eine Linse vergrößert das Bild, das anschließend auf eine Skala projiziert wird.

Für Dimensionskontrollprüfungen werden auch andere, weniger komplexe Instrumente wie Goniometer, Mikrometer und Messschieber verwendet.

Alle diese Tests müssen gemäß den Richtlinien einer Reihe internationaler Normen , darunter beispielsweise ISO 10012, ISO 14253 und ASTM E18.

Dimensionskontrollprüfung und Klimakammern

Spielen Klimakammern eine Rolle bei der Prüfung der Maßhaltigkeit?

Natürlich ja.

Wie bei anderenProdukt- und Materialprüfungen, die wir bereits besprochen haben, spielen Klimaprüfungen eine ergänzende, aber grundlegende Rolle für die Zuverlässigkeit der Ergebnisse einer Maßkontrollprüfung.

Insbesondere bei den empfindlichsten Bauteilen, wie etwa elektronischen Platinen und integrierten Schaltkreisen, ist es unerlässlich zu wissen, wie sie sich verhalten, wenn sie extremen Umgebungsbedingungen wie hoher relativer Luftfeuchtigkeit oder erheblichen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind.

Aus diesem Grund ist es in vielen Fällen unerlässlich, die Dimensionskontrollprüfung mit gezielten Klimatests , die die Unversehrtheit der Probe unter allen Einsatzbedingungen gewährleisten.

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Die FDM-Umweltkammer zur Dimensionskontrolle

Die Elektronikbranche ist der Sektor, der am stärksten in Klimatests involviert ist, die die Maßkontrollprüfung ergänzen.

Aus diesem Grund empfehlen wir die FDM-Umweltkammer , die im Gegensatz zur Standard Einbrenntest - Klimakammer auf sogenannte Extremklimatests spezialisiert ist. Hier haben wir beispielsweise den der Umweltkammer besprochen

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Referenzstandards

• ISO 1:2016 – Geometrische Produktspezifikationen (GPS) – Standardbezugstemperatur für die Spezifikation geometrischer und dimensionaler Eigenschaften. Definiert 20 °C als metrologische Bezugstemperatur.
• ISO 10012:2003 — Managementsysteme für Messverfahren – Anforderungen an Messprozesse und Messgeräte.
• ISO 14253-1:2017 — GPS – Prüfung von Werkstücken und Messgeräten durch Messung – Entscheidungsregeln für Konformität/Nichtkonformität.
• ISO/IEC 17025:2017 — Allgemeine Anforderungen an die Kompetenz von Prüf- und Kalibrierlaboratorien.
• JCGM 100:2008 (GUM) — Auswertung von Messdaten – Leitfaden zur Angabe der Unsicherheit bei Messungen.
• ISO 230-3:2020 — Prüfcode für Werkzeugmaschinen – Teil 3: Bestimmung der thermischen Einwirkungen.
• VDI/VDE 2627 — Messräume – Klassifizierung und Merkmale, Klassifizierung metrologischer Räume.

Autoritative Quellen

• BIPM – Internationales Büro für Maße und Gewichte. Internationale Organisation, die das Internationale Einheitensystem pflegt und das Allgemeine Einheitsmaß (GUM) herausgibt.
• INRIM – Nationales Institut für Metrologische Forschung. Italienisches metrologisches Institut, eine Referenz für die primäre Rückführbarkeit physikalischer Größen.
• ACCREDIA – Italienische Akkreditierungsstelle (www.accredia.it). Italienische Akkreditierungsstelle für Kalibrier- und Prüflaboratorien gemäß ISO/IEC 17025.
• PTB – Physikalisch-Technische Bundesanstalt. Deutsches Metrologisches Institut, europäische Referenz für GPS und Dimensionsmesstechnik.

Häufig gestellte Fragen zur Dimensionskontrolle in einer kontrollierten Umgebung

Warum ist 20°C die metrologische Referenztemperatur?

ISO 1 legt seit 1931 20 °C als globale Standardtemperatur für alle Längenmessungen fest. Diese Wahl stellt einen Kompromiss zwischen industriellen und Laborbedingungen dar: Sie liegt nahe genug an typischen Fertigungsbedingungen, um Temperaturgradienten zu minimieren, und ist gleichzeitig stabil genug für präzise Messtechnik. Jedes mechanische Bauteil dehnt sich in Abhängigkeit von der Temperatur und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten α aus oder zieht sich von seinen Nennmaßen zusammen: ΔL = _L₀ × α × ΔT. Für Kohlenstoffstahl gilt α = 11,5 × 10⁻⁶ ^/ K; eine 1000 mm lange Welle misst bei 25 °C 1000,058 mm (+58 µm im Vergleich zu 20 °C). Für Aluminium (α = 23 × 10⁻⁶ ⁾ verdoppelt sich die Änderung auf +115 µm. Für Toleranzprüfungen der Klassen IT3-IT5 (hohe Präzisionsklassen, ± 5-10 µm auf 100 mm) ist es unerlässlich, bei 20 ± 1 °C zu arbeiten oder eine thermische Korrektur ( Temperaturkompensation ) mit Messung der tatsächlichen Temperatur des Werkstücks und des Werkzeugs vorzunehmen.

Welche Temperaturtoleranz ist für einen Metrologieraum erforderlich?

Die Norm VDI/VDE 2627 klassifiziert Messräume in fünf Klassen: Klasse 1 (hohe Präzision) 20 ± 0,2 °C mit einem Temperaturgradienten ≤ 0,2 K/m, einer Stabilität ≤ 0,2 K/h und RH von 45 ± 5 %; Klasse 2 20 ± 0,5 °C, Temperaturgradient ≤ 0,5 K/m, Stabilität ≤ 0,5 K/h; Klasse 3 20 ± 1 °C; Klasse 4 20 ± 2 °C; Klasse 5 20 ± 3 °C. Die Wahl der Klasse hängt von den technischen Toleranzen (IT) der zu prüfenden Produkte ab. Für hochpräzise Koordinatenmessgeräte (KMG) (MPE ≤ 2 µm + L/300) ist die Klasse 1-2 erforderlich; für die Qualitätskontrolle in Werkstätten der Klassen IT8-IT11 genügt die Klasse 4-5. Der Raum muss über Doppeltüren mit Schleusen , isolierte und vor direkter Sonneneinstrahlung geschützte Wände, hocheffiziente LED-Beleuchtung ohne Wärmeabgabe sowie einen antistatischen Boden auf einer erhöhten, schwingungsdämpfenden Plattform verfügen. Bauteile und Instrumente müssen sich vor der Messung 4–24 Stunden lang thermisch stabilisieren

Wie breitet sich Unsicherheit bei einer Dimensionsmessung aus?

Gemäß GUM (JCGM 100) berechnet sich die kombinierte Unsicherheit u _{_c} einer Dimensionsmessung als Quadratwurzel der Summe der Quadrate ihrer Komponenten (statistische Beiträge Typ A und spezifikationsbedingte Beiträge Typ B): u_{_c} ² = u _{_repet}² + u _cal _² + u _{_temp}² + u _{_op}² + u _{_geom} ² + … Typische Beiträge sind: Wiederholgenauigkeit (Standardabweichung von n Messungen, Typ A), Gerätekalibrierung (gemäß ACCREDIA-Zertifikat, typischerweise 0,5–2 µm für Koordinatenmessgeräte), thermischer Effekt (u_{_temp} = L × α × u_{_T} ), Bedienereinfluss und Unsicherheit in der Werkstückform. Die erweiterte Unsicherheit U = k × u_{_c} mit k = 2 für ein Konfidenzniveau von 95 % wird als L = (Wert ± U) mm, k = 2, angegeben. Gemäß der Entscheidungsregel nach ISO 14253-1 wird der zulässige Konformitätsbereich um den Unsicherheitsbereich reduziert: Ein Bauteil gilt nur dann als konform, wenn der Messwert + U innerhalb der vorgegebenen Toleranz liegt; im Unklarheitsbereich (Toleranz ± U) ist eine Vereinbarung zwischen Kunde und Lieferant erforderlich. Ein Toleranz-Unsicherheits-Verhältnis (TUR ≥ 4:1) minimiert das Risiko einer Fehlentscheidung.

Welche Klimakammer für präzise Maßkontrolle?

Für die Dimensionskontrolle in einer Klimakammer ist ein reduzierter Messbereich bei gleichzeitig sehr hoher Stabilität erforderlich : typischerweise 20 ± 0,2 °C für Messtechnik der Klasse 1, 20 ± 0,5 °C für Klasse 2. Kritische Spezifikationen: räumliche Gleichmäßigkeit ≤ 0,2 °C über das Nutzvolumen (abgestimmt auf 9 Messpunkte gemäß IEC 60068-3-6 bei Volllast), zeitliche Stabilität ≤ 0,1 °C/Stunde, Erholungszeit nach Türöffnung ≤ 5 min. Adaptive PID- Regelung mit Überschwingschutz, Pt100-Sensoren der Klasse 1/10 DIN (Unsicherheit ± 0,03 °C), kalibriert von ACCREDIA. Luftfeuchtigkeit 45 ± 5 % RH zur Neutralisierung elektrostatischer Aufladungen an den Koordinatenmessgeräten. Vertikale laminare Luftströmung 0,1–0,3 m/s mit geringer Turbulenz. Granitmessplatte (α = 4–8 × 10⁻⁶ ^, geringe thermische Empfindlichkeit) mit Schwingungsdämpfung < 1 Hz. Glaswand zur Beobachtung. Das Werkstück durchläuft zur Stabilisierung eine Vorkammer bei 20 ± 1 °C. Metrologische FDM-Kammern bieten Volumina von 1–20 m³ und sind nach ISO 14644 Klasse 7 (Reinraum) zertifiziert. Sie eignen sich für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie der Halbleiterindustrie, wo neben der thermischen Stabilität auch die Partikelkontamination eine entscheidende Rolle spielt.