Temperaturkompensation für mobile Messsysteme

Ausgleichung der Auswirkungen der Umgebungstemperatur beim Einsatz mobiler Messsysteme: Kompensation ja oder nein?

Schwankungen der Umgebungs- und Werkstücktemperatur während der Messung wirken sich nachweislich auf gängige, in der Industrie verarbeitete Materialien wie Stahl und Aluminium aus. Aus diesem Grund sind für bestmögliche Ergebnisse bei der Messung mit großen, automatisierten KMG wie Global oder PMM klimatisierte Räume und sogar Sensoren zur Erfassung der Werkstücktemperatur erforderlich.portable-metrology

Mobile Messsysteme wie Leica Laser Tracker oder ROMER Messarme dagegen sind so konzipiert, dass sie zum Messobjekt gebracht werden können statt umgekehrt. Die meisten Fertigungsumgebungen weisen – wenn überhaupt – eine nur sehr ungenaue Temperaturkontrolle auf. Infolgedessen stellt sich die Frage, ob bzw. wann wir uns bei der Nutzung mobiler Messsysteme Gedanken über die thermische Expansion unserer Werkstücke machen sollten.

Mobile Messsysteme und die dazugehörigen Softwarepakete bieten unterschiedliche Tools und Verfahren zum Umgang mit Temperaturschwankungen. Dazu zählen:

1. Referenzmaßstäbe aus demselben Material wie das zu messende Werkstück (dieses Verfahren ist ein Überbleibsel der Arbeit mit Theodoliten).

2. Die Messung zweier Punkte auf einem Kalibrierstab unter Angabe des bekannten Abstands zwischen diesen beiden Punkten. Dies ist eine Abwandlung des Vorgehens mit den Referenzmaßstäben.

3. Die Materialtemperatur kann während eines Messzyklus an verschiedenen Punkten gemessen und in der Systemsoftware, mit einem Tool zur Kompensation des Wärmeausdehnungskoeffizienten, durch eine berechnete Veränderung der Skala der Messdaten hinterlegt werden.

4. Die Messung einer Reihe von Punkten, deren Sollmessdaten bekannt sind. Mittels Besteinpassung berechnet die Systemsoftware eine Änderung der Skala der Messdaten.
 
Doch all diese Verfahren stoßen irgendwo an ihre Grenzen. Würden wir nur solide Blöcke aus einem ganz bestimmten Material messen, würde jede dieser Methoden tadellos funktionieren. Unter diesen Umständen wären Maßänderungen linear. Der Wärmeausdehnungskoeffizient zur Kompensation von Temperaturänderungen des Werkstücks würde sich daher exakt berechnen lassen.

In der Praxis kommt die Messung homogener Materialblöcke jedoch kaum vor. Insbesondere mobile Messsysteme werden oft zur Messung großer Werkstücke eingesetzt, die auf verschiedenste Arten mit anderen Werkstücken aus demselben oder einem anderen Material verbunden werden. Durch diese Kombination von Materialien bzw. durch die Änderung der Ausrichtung ein und desselben Materials, ändern wir gleichzeitig die Richtung der Expansion oder Kontraktion. In der Realität erfolgt die Ausdehnung oder Zusammenziehung eines Materials nicht linear. Vielmehr dreht, biegt oder verzieht es sich auf eine eher unvorhersagbare Art und Weise. Wir können daher nicht einfach davon ausgehen, dass eine Kompensation anhand des Wärmeausdehnungskoeffizienten die beste Möglichkeit zur Beschreibung der tatsächlichen Veränderung bei einem Temperaturwechsel darstellt.

Jedes Verfahren der Temperaturkompensation weist also aufgrund der Komplexität der Messaufgaben in der Praxis inhärente Schwächen auf. Tatsächlich kann es sein, dass wir bei der Kompensation von Temperaturänderungen mehr neue Fehler erzeugen als wir korrigieren. Aus diesem Grund ignorieren manche Bediener die Werkstücktemperatur und versuchen gar nicht erst, Temperaturunterschiede auszugleichen.
Mit Ausnahme der technischen Kontrolle der Umgebungsbedingungen am Ort der Messung, existiert keine ideale Lösung für die Temperaturkompensation. In den meisten Fällen liefert die Berechnung der Skala mittels Besteinpassung die zuverlässigsten Ergebnisse. Dies gilt jedoch nicht immer und kann außerdem andere Folgen haben, über die sich der Bediener im Klaren sein sollte. Ein erfahrener Messtechniker berücksichtigt bei der Ausarbeitung eines Messplans für ein bestimmtes Werkstück neben Größe, Material und Aufbau des zu messenden Objekts auch seine thermischen Eigenschaften.

Gleichzeitig muss der Messtechniker die Umgebungsbedingungen – wie das Vorhandensein von Wärmequellen sowie mögliche Änderungen der Luft- und Werkstücktemperatur während der Dauer des Messvorgangs – im Auge behalten. Eine Serie von Messdaten kann erfasst werden und mit Solldaten oder früheren Messungen abgeglichen werden. Das Experimentieren mit verschiedenen Verfahren zur Temperaturkompensation ist immer die beste Möglichkeit zur Festlegung der idealen Vorgehensweise zur Erfüllung der jeweiligen Messaufgabe. Wichtig ist zudem, dass der Bediener diese Experimente und vor allem die letztlich gewählten Verfahren sorgfältig dokumentiert, damit sichergestellt ist, dass die Nutzer der Messergebnisse über alle benötigten Informationen zu deren Auslegung verfügen.
 
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