Messuhrenprüfung im Handumdrehen

Bei allem Fortschritt der Elektronik sind gerade im anspruchsvollen Maschinen- und Anlagenbau mechanische Messgeräte unverzichtbar. Um immer exakte Messwerte zu garantieren, müssen die Geräte in bestimmten Zeitabständen überprüft und gegebenenfalls neu kalibriert werden. Diese Überprüfung kostet aber Zeit und damit Geld. Eine wesentliche Kosteneinsparung gegenüber der bisherigen Testmethode, von Hand mit mechanisch/optischen Kalibriergeräten, bietet ein neues vollautomatisches Verfahren. Bei diesem sorgen computergesteuerte EC-Servomotoren für die exakte Positionierung, was bis zu 75 % der sonst aufzuwendenden Arbeitszeit einspart. So werden kostengünstige "Reihenuntersuchungen" an Messuhren und Feinzeiger-Messgeräten erst möglich.

Messuhren und Feinzeiger-Messgeräte, umgangssprachlich auch meist als Messuhr bekannt, sind Präzisionsinstrumente. Wie alle mechanischen Geräte unterliegen auch sie Verschleiß, Alterung oder werden durch "Unfälle", wie beispielsweise harte Stöße beeinträchtigt. Der Nutzer kommt daher nicht umhin, sie in regelmäßigen Abständen auf ihre Messgenauigkeit zu testen. Dies ist auch in unterschiedlichen Normen festgeschrieben, ebenso die dazu nötige Dokumentationspflicht. Bei einem größeren Bestand an Messinstrumenten ist dies ein nicht zu unterschätzender Aufwand und Kostenfaktor.
Um hier Abhilfe zu schaffen, hat die Feinmess Suhl GmbH das neue, vollautomatische Prüfgerät MFP-100.01 BV entwickelt. Der Kleinantriebsspezialist FAULHABER sorgt dabei für den nötigen hochpräzisen mechanischen Bewegungsablauf.

Messen und Dokumentation

Das Prinzip der Messuhr beruht auf einem Messbolzen, der gegen eine Federkraft in ein Gehäuse gedrückt wird. Proportional zum Weg wird dabei über ein Getriebe ein Zeiger bewegt, der an einer Skala den Messwert anzeigt. Der Anzeigewert darf einen bestimmten Fehler, verglichen mit einem Normal, nicht überschreiten und muss über den gesamten Messbereich näherungsweise gleich klein bleiben. Konventionell wird daher die Uhr im temperierten Raum zum Test eingespannt und von Hand mechanisch/optisch vermessen. Der Prüfer notiert dann die jeweiligen Soll- und Istwerte und erstellt eine Prüfplakette. Diese Vorgehensweise lässt sich dank moderner Elektronik nun stark vereinfachen. Das Messuhren- und Feinzeigerprüfgerät übernimmt nach dem Einlegen des Prüflings alle weiteren Arbeitsschritte.
Eine Kamera mit angepasster Beleuchtung nimmt ein spiegelfreies Bild der Uhranzeige auf. Der angeschlossene Rechner wertet dieses Bild aus und legt Nullpunkt sowie Skaleneinteilung für die Prüfung intern fest. Nun steuert er einen EC-Servomotor an, der die nötige hochgenaue mechanische Verstellung für die Messpinole des Prüfgerätes liefert. Schrittweise kann so der gesamte Messbereich in vorher festgelegten Schritten abgefahren werden. Die zur Soll-Vorgabe der Mess­pinole zugehörige Anzeige an der Messuhr wird aufgenommen, ausgewertet und in einer Datenbank parallel zum Messvorgang abgespeichert. Die komplette, individuelle Dokumentation des Prüflings ist so jederzeit am Bildschirm abrufbar. Ist das Messergebnis im Rahmen der Vorgabe, erstellt das Prüfgerät auch gleich die nötige Prüfplakette. Der gesamte Prüfdurchlauf erfordert nur einen Bruchteil der bislang üblichen Zeit. So lassen sich auch größere Bestände an Messgeräten in kurzer Zeit testen und lückenlos dokumentieren.

Feinfühliger Antrieb

Um die Präzisionsprüfkörper der herkömmlichen Prüfmethode gleichwertig durch ein automatisches Verfahren zu ersetzen, ist Erfahrung auf dem Gebiet der Positionierung nötig. Grundsätzlich eignen sich für solche Aufgaben dynamische, feinfühlig regelbare EC-Servomotoren besonders. Sie erlauben einen beliebig langen, nur durch die übrige Gerätemechanik begrenzten, Verfahrweg und bieten eine hohe Leistung bei kompakten Abmessungen. So können auch ganz unterschiedliche Messgeräte in ein und demselben Prüfgerät problemlos getestet werden.
Im vorliegenden Fall wurde ein EC-Sinus-Servomotor mit rund 100 W Abgabeleistung und integriertem Impulsgeber gewählt. So erhält der Prüfgeräterechner je Motorwellenumdrehung 3000 Inkremente. Ein Inkrement entspricht also einem Winkel von nur 0,12 Grad. Dieser Winkel wird durch ein angeflanschtes Planetengetriebe mit 134:1 weiter aufgelöst. Der Getriebeabtrieb wirkt dann mit nochmaliger Untersetzung auf den Spindeltrieb für die Pinole. So ergibt sich eine ausreichend hohe Impulszahl, um auch kleinste Verfahrenswege der Pinole sicher aufzulösen. Da bei solch kleinen Wegen immer auch das mechanische Spiel der Getriebe berücksichtigt werden muss, fährt das Prüfgerät den Messbolzen des Prüflings immer aus einer Ruheposition in die "0"-Stellung, um dieses Spiel zu eliminieren. Ab dem Nullpunkt wird dann die Messung spielfrei gestartet.
Um den Prüfrechner zu entlasten, arbeitet der EC-Motor mit einem eigenen internen Controller. So sind seitens der Prüf­gerätesteuerung nur einfache Steuerungsbefehle nötig, den Rest übernimmt der Antrieb selbst. Das erleichtert auch die schnelle Einbindung ins Gerät, spezielle Antriebskenntnisse sind dafür nicht erforderlich.
Heutige Kleinantriebe mit elektronischer Steuerung bieten hohe Leistung auf kleinstem Raum. Dank integriertem Controller und Inkrementalgeber sind sie auch leicht in Gesamtsysteme einzubinden. Trotzdem erlauben sie sowohl äußerst präzise Positionierungen wie auch schnelle dynamische Bewegungen, wenn es die Anwendung erfordert auch im 4-Quadrantenbetrieb. Wird der Antriebsspezialist FAULHABER mit seinem Know-how schon zu Beginn der Entwicklung mit eingebunden, eröffnen sich oft erstaunlich leistungsfähige und dabei preiswerte Antriebslösungen.

Vollautomatisches Feinzeigermessgerät senkt Kalibrierzeiten um bis zu 75 %
Kompakte Mechanik mit sehr hoher Auflösung – das Herzstück des Prüfgerätes