Fertigungsmesstechnik I - Exam

Aufgabe 1)

Du arbeitest in einem Labor für Fertigungsmesstechnik und führst Messungen zur Qualitätskontrolle von gefertigten Werkstücken durch. Eine wichtige Aufgabe besteht darin, die Messgenauigkeit und Verlässlichkeit der Messungen zu bewerten und die Unsicherheiten sowie Fehlerquellen systematisch zu analysieren.

Eine aktuelle Messreihe ergab für die Länge eines Werkstücks folgende Messwerte (in mm): 50.1, 50.3, 49.8, 50.2 und 50.0. Angenommen, die Kalibrierunsicherheit beträgt 0.05 mm und die Unsicherheit des Messgeräts beträgt konstant 0.02 mm. Bestimme die Unsicherheiten und Fehler, um die Qualität der Messergebnisse zu beurteilen.

a)

(a) Berechne die Standardabweichung der Messreihe und gib die relative Unsicherheit basierend auf dem Mittelwert der Messwerte an.

• Formel für den Mittelwert:

\( \bar{x} = \frac{1}{N} \sum_{i=1}^{N} x_i \) 

• Formel für die Standardabweichung:

\( \sigma = \sqrt{\frac{1}{N-1} \sum_{i=1}^{N} (x_i - \bar{x})^2} \) 

• Formel für die relative Unsicherheit:

\( \text{Relative Unsicherheit} = \frac{U}{\text{Mittelwert}} \) 

Lösung:

Teilaufgabe (a) Lösung:

• Ermittle den Mittelwert der Messreihe:

\( \bar{x} = \frac{1}{N} \sum_{i=1}^{N} x_i \)

Die Messwerte sind: 50.1, 50.3, 49.8, 50.2 und 50.0. Addieren wir diese Werte und teilen durch die Anzahl der Messwerte (N = 5):

• \( \bar{x} = \frac{50.1 + 50.3 + 49.8 + 50.2 + 50.0}{5} \)
• \( \bar{x} = \frac{250.4}{5} \)
• \( \bar{x} = 50.08 \, \text{mm} \)

• Berechne die Standardabweichung der Messreihe:

\( \sigma = \sqrt{\frac{1}{N-1} \sum_{i=1}^{N} (x_i - \bar{x})^2} \)

Berechne nun für jeden Messwert die Differenz zum Mittelwert, quadriere diese Differenzen und summiere sie auf:

• \((50.1 - 50.08)^2 = 0.0004 \)
• \((50.3 - 50.08)^2 = 0.0484 \)
• \((49.8 - 50.08)^2 = 0.0784 \)
• \((50.2 - 50.08)^2 = 0.0144 \)
• \((50.0 - 50.08)^2 = 0.0064 \)

Summiere die quadrierten Differenzen:

• \(0.0004 + 0.0484 + 0.0784 + 0.0144 + 0.0064 = 0.148 \)

Teile die Summe durch \(N-1\) (in diesem Fall 4) und ziehe die Quadratwurzel:

• \( \sigma = \sqrt{\frac{0.148}{4}} \)
• \( \sigma = \sqrt{0.037} \)
• \( \sigma = 0.192 \, \text{mm} \)

• Berechne die relative Unsicherheit:

\( \text{Relative Unsicherheit} = \frac{U}{\text{Mittelwert}} \)

Wobei \(U\) in diesem Fall die kombinierte Unsicherheit der Kalibrierung (0.05 mm) und der Unsicherheit des Messgeräts (0.02 mm) ist:

• \( U = \sqrt{(0.05)^2 + (0.02)^2} \)
• \( U = \sqrt{0.0025 + 0.0004} \)
• \( U = \sqrt{0.0029} \)
• \( U = 0.0538 \, \text{mm} \)

Setze nun die Werte in die Formel für die relative Unsicherheit ein:

• \( \text{Relative Unsicherheit} = \frac{0.0538}{50.08} \)
• \( \text{Relative Unsicherheit} \approx 0.00107 \)
• \( \text{Relative Unsicherheit} \approx 0.107 \% \) (multipliziere mit 100, um in Prozent zu erhalten)

Ergebnis:

• Die Standardabweichung der Messreihe beträgt 0.192 mm.
• Die relative Unsicherheit der Messreihe beträgt ungefähr 0.107 %.

b)

(b) Berechne die kombinierte Standardunsicherheit der gegebenen Messreihe unter Berücksichtigung der Kalibrierunsicherheit und der Unsicherheit des Messgeräts. Bestimme anschließen die erweiterte Unsicherheit bei einem Konfidenzintervall von 95%, wobei der Erweiterungsfaktor k=2 verwendet wird.

• Formel für die kombinierte Standardunsicherheit:

\( u_c = \sqrt{(u_{\text{Messung}})^2 + (u_{\text{Kalibrierung}})^2} \) 

• Formel für die erweiterte Unsicherheit:

\( U = k \cdot u_c \) 

Lösung:

Teilaufgabe (b) Lösung:

• Berechne die kombinierte Standardunsicherheit:

\( u_c = \sqrt{(u_{\text{Messung}})^2 + (u_{\text{Kalibrierung}})^2} \)

Die Kalibrierunsicherheit \( u_{\text{Kalibrierung}} \) beträgt 0.05 mm und die Unsicherheit des Messgeräts \( u_{\text{Messung}} \) beträgt 0.02 mm.

Setze diese Werte in die Formel für die kombinierte Standardunsicherheit ein:

• \( u_c = \sqrt{(0.02)^2 + (0.05)^2} \)
• \( u_c = \sqrt{0.0004 + 0.0025} \)
• \( u_c = \sqrt{0.0029} \)
• \( u_c = 0.0538 \, \text{mm} \)

Berechne die erweiterte Unsicherheit:

• Formel:

\( U = k \, \cdot u_c \)

Hierbei beträgt der Erweiterungsfaktor \(k\) 2.

• \( U = 2 \cdot 0.0538 \)
• \( U = 0.1076 \, \text{mm} \)

Ergebnis:

• Die kombinierte Standardunsicherheit der gegebenen Messreihe beträgt 0.0538 mm.
• Die erweiterte Unsicherheit bei einem Konfidenzintervall von 95% (\(k=2\)) beträgt 0.1076 mm.

Aufgabe 2)

Kontaktmesstechnik vs. berührungslose Messtechnik: Vergleich und AnwendungenBasierend auf der Vorlesung 'Fertigungsmesstechnik I' befassen wir uns mit der Unterscheidung zwischen Kontaktmesstechnik und berührungsloser Messtechnik.

• Kontaktmesstechnik umfasst die Messung physischer Eigenschaften durch direkten Kontakt, wie zum Beispiel mit einem Taster.
• Berührungslose Messtechnik misst ohne physische Berührung, Beispiele hierfür sind Laser und Ultraschall.
• Vorteile der Kontaktmesstechnik sind Präzision; Nachteile sind Verschleiß und mögliche Beschädigung des Prüflings.
• Vorteile der berührungslosen Messtechnik sind keine mechanische Belastung und Eignung für empfindliche Oberflächen, allerdings sind diese Systeme oft teurer.
• Typische Anwendungen der Kontaktmesstechnik beinhalten Werkzeugmaschinen und Koordinatenmessgeräte, während berührungslose Methoden oft bei der Oberflächeninspektion und Abstandsmessung Verwendung finden.

a)

a) Nennen und erläuternNenne und erläutere zwei typische Anwendungen für die Kontaktmesstechnik und zwei für die berührungslose Messtechnik. Gehe dabei insbesondere auf die Vorteile der jeweils gewählten Methode in diesem Anwendungsfeld ein.

Lösung:

a) Nennen und erläuternKontaktmesstechnik:

• Werkzeugmaschinen: In Werkzeugmaschinen wird die Kontaktmesstechnik oft verwendet, um die Position und Dimensionen von Werkstücken während des Bearbeitungsprozesses zu überprüfen. Der größte Vorteil hierbei ist die hohe Präzision, die durch direkten Kontakt erreicht wird. Dies ist essenziell für die Herstellung von Teilen mit engen Toleranzen.
• Koordinatenmessgeräte (KMG): KMGs nutzen Taster, um die genauen Maßhaltigkeiten von Werkstücken zu erfassen. Diese Geräte tasten die Objekte direkt ab und bieten dadurch sehr präzise Messungen. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit der genauen Bestimmung von 3D-Koordinaten, was in der Qualitätskontrolle unverzichtbar ist.

• Oberflächeninspektion: Berührungslose Messtechniken wie Lasertriangulation und konfokale Mikroskopie werden häufig für die Oberflächeninspektion verwendet. Der Vorteil dieser Methoden ist, dass sie empfindliche Oberflächen erfassen können, ohne diese zu beschädigen oder zu verschmutzen. Dies ist besonders wichtig in Bereichen wie der Halbleiterindustrie.
• Abstandsmessung: Berührungslose Methoden wie Ultraschall und LIDAR sind ideal für Abstandsmessungen in verschiedenen Anwendungen, zum Beispiel in der Automatisierungstechnik und der Robotik. Sie bieten den Vorteil, dass keine mechanischen Teile benötigt werden, die verschleißen oder gewartet werden müssten, und können daher in rauen oder schwer zugänglichen Umgebungen verwendet werden.

c)

c) Vergleich der PräzisionVergleiche die Präzision der beiden Messtechniken anhand eines Beispiels: Ein Koordinatenmessgerät (KMG) hat eine Messunsicherheit von ±0.005 mm bei direktem Kontakt. Ein Laser-Entfernungsmessgerät hat eine Messunsicherheit von ±0.015 mm bei einer Distanz von 200 mm. Beurteile die Präzision beider Geräte und entscheide, welches Messgerät für die Qualitätskontrolle eines hochpräzisen Werkstücks mit Toleranzen im Bereich von ±0.01 mm geeigneter ist.

Lösung:

c) Vergleich der PräzisionWir vergleichen die Präzision eines Koordinatenmessgeräts (KMG) mit einem Laser-Entfernungsmessgerät anhand ihrer Messunsicherheit.Angaben:

• Das Koordinatenmessgerät (KMG) hat eine Messunsicherheit von ±0,005 mm bei direktem Kontakt.
• Das Laser-Entfernungsmessgerät hat eine Messunsicherheit von ±0,015 mm bei einer Distanz von 200 mm.

• Das KMG ist präziser mit einer geringeren Messunsicherheit von ±0,005 mm, verglichen mit der höheren Messunsicherheit des Laser-Entfernungsmessgeräts von ±0,015 mm.
• Für die Qualitätskontrolle eines hochpräzisen Werkstücks mit Toleranzen im Bereich von ±0,01 mm ist die Präzision des KMG ausreichend, da seine Messunsicherheit (±0,005 mm) innerhalb der Toleranzgrenzen liegt.
• Das Laser-Entfernungsmessgerät hat jedoch eine höhere Messunsicherheit (±0,015 mm), die außerhalb der erforderlichen Toleranzgrenzen von ±0,01 mm liegt.

• Für die Qualitätskontrolle eines hochpräzisen Werkstücks mit Toleranzen im Bereich von ±0,01 mm ist das Koordinatenmessgerät (KMG) geeigneter, da es eine höhere Präzision bietet und innerhalb der Toleranzgrenzen messen kann. Das Laser-Entfernungsmessgerät wäre in diesem Fall weniger geeignet aufgrund seiner höheren Messunsicherheit.

Aufgabe 3)

Ein Koordinatenmessgerät (CMM) wird in der Qualitätssicherung eines Maschinenbauunternehmens eingesetzt. Es werden Bauteile mit folgendem Ziel gemessen: Hohe Präzision im Bereich von Mikrometern soll erreicht werden. Die Messungen erfolgen in allen drei Achsen (X, Y, Z) und es kommen sowohl taktile als auch optische Messprinzipien zum Einsatz. Die Kalibrierung und regelmäßige Wartung des CMM sind essentiell, um genaue Messwerte zu liefern.

a)

a) Erläutere, wie Du ein Koordinatenmessgerät kalibrierst und warum die Kalibrierung wichtig ist.

Lösung:

Im Folgenden wird erläutert, wie Du ein Koordinatenmessgerät (CMM) kalibrierst und warum die Kalibrierung von großer Bedeutung ist:

• Schritt 1: Vorbereitung
  • Sorge dafür, dass der Bereich um das CMM sauber und frei von Staub und Schmutz ist.
  • Überprüfe, ob alle benötigten Kalibrierungswerkzeuge und -geräte vorhanden sind.
  • Stelle sicher, dass das Gerät auf die Umgebungstemperatur eingestellt ist, da Temperaturschwankungen die Messgenauigkeit beeinflussen können.
• Schritt 2: Referenzwert setzen
  • Verwende einen Kalibrierungsstandard, der als Referenzwert dient. Dies kann beispielsweise ein Präzisionsblock oder eine Kugel sein, dessen Maße sehr genau bekannt sind.
  • Platziere den Kalibrierungsstandard auf dem Messtisch des CMM.
• Schritt 3: Software-Einstellungen
  • Starte die Kalibrierungssoftware des CMMs.
  • Gib die genauen Maße des Kalibrierungsstandards in die Software ein.
  • Folge den Anweisungen der Software, um den Messkopf auf die verschiedenen Positionen des Kalibrierungsstandards zu bewegen.
• Schritt 4: Messung und Anpassung
  • Lass das CMM die Abmessungen des Kalibrierungsstandards messen.
  • Vergleiche die gemessenen Werte mit den bekannten Werten des Kalibrierungsstandards.
  • Führe die notwendigen Anpassungen in der Software durch, um sicherzustellen, dass die gemessenen Werte mit den tatsächlichen Werten übereinstimmen.
• Schritt 5: Dokumentation
  • Dokumentiere die Kalibrierungsergebnisse und die durchgeführten Anpassungen.
  • Speichere die Kalibrierungsdaten für zukünftige Referenzzwecke.
• Schritt 6: Regelmäßige Wartung
  • Führe regelmäßige Kalibrierungen durch, um die langfristige Genauigkeit des CMMs sicherzustellen.
  • Plane regelmäßige Wartungs- und Inspektionsintervalle, um Abnutzung und Verschleiß frühzeitig zu erkennen und zu beheben.

Warum ist die Kalibrierung wichtig?

• Sicherstellung der Messgenauigkeit: Ohne regelmäßige Kalibrierung kann die Messgenauigkeit beeinträchtigt werden, was zu fehlerhaften Messergebnissen führt.
• Qualitätssicherung: Genauigkeitsabweichungen können dazu führen, dass fehlerhafte Teile als spezifikationsgerecht betrachtet werden, was die Produktqualität beeinträchtigt.
• Vermeidung von Produktionsfehlern: Regelmäßige Kalibrierung hilft, Produktionsfehler zu minimieren, indem sie sicherstellt, dass alle gemessenen Teile den erforderlichen Spezifikationen entsprechen.
• Compliance mit Industriestandards: Viele Branchenstandards und -vorschriften erfordern regelmäßige Kalibrierungen, um die Konsistenz und Zuverlässigkeit der Messungen zu gewährleisten.

b)

b) Ein Bauteil wird an den Punkten A(50, 20, 30) mm und B(70, 45, 55) mm gemessen. Berechne die Distanz zwischen den beiden Punkten und interpretiere das Ergebnis innerhalb des Kontexts der Qualitätssicherung.

Lösung:

Um die Distanz zwischen den beiden Punkten A (50, 20, 30) mm und B (70, 45, 55) mm zu berechnen, verwenden wir die dreidimensionale Distanzformel:

• Die Distanz d zwischen zwei Punkten in einem dreidimensionalen Raum lässt sich durch die folgende Formel berechnen:

 d = \sqrt{(x_2 - x_1)^2 + (y_2 - y_1)^2 + (z_2 - z_1)^2} 

• Setzen wir die Koordinaten der beiden Punkte A und B in die Formel ein:

 A = (50, 20, 30)  B = (70, 45, 55) 

 d = \sqrt{(70 - 50)^2 + (45 - 20)^2 + (55 - 30)^2} 

 d = \sqrt{20^2 + 25^2 + 25^2} 

 d = \sqrt{400 + 625 + 625} 

 d = \sqrt{1650} 

 d \approx 40.62 

• Die Distanz zwischen den beiden Punkten beträgt also ungefähr 40,62 mm.

Interpretation des Ergebnisses im Kontext der Qualitätssicherung:

• Genauigkeitsüberprüfung: Die berechnete Distanz von 40,62 mm kann verwendet werden, um die Genauigkeit des gefertigten Bauteils zu überprüfen. Wenn diese Distanz vorgegeben ist, kann die Messung bestätigen, dass das Bauteil den Spezifikationen entspricht.
• Fehlerdetektion: Eine Abweichung von der erwarteten Distanz könnte auf einen Fehler im Fertigungsprozess hinweisen. Dies könnte dazu führen, dass das Bauteil als fehlerhaft eingestuft wird und eine Nacharbeit oder ein Ausschuss erforderlich ist.
• Qualitätskontrolle: Regelmäßige Messungen und Distanzberechnungen tragen zur Qualitätskontrolle bei, indem sie sicherstellen, dass alle Bauteile innerhalb der Toleranzen hergestellt werden.
• Prozessoptimierung: Die Ergebnisse der Messungen können zur Optimierung des Fertigungsprozesses verwendet werden, um die Präzision und Qualität der hergestellten Bauteile kontinuierlich zu verbessern.

c)

c) Diskutiere die Vor- und Nachteile der taktilen und optischen Messprinzipien im Kontext des Einsatzes in der Automobilindustrie.

Lösung:

Im Folgenden werden die Vor- und Nachteile der taktilen und optischen Messprinzipien im Kontext des Einsatzes in der Automobilindustrie diskutiert:

• Taktiles Messprinzip

1. Vorteile

• Hohe Präzision und Genauigkeit: Taktiler Kontakt erlaubt sehr genaue und präzise Messungen, was besonders wichtig in der Automobilindustrie ist, wo Teile oft innerhalb enger Toleranzen gefertigt werden müssen.
• Unempfindlich gegenüber Oberflächenbeschaffenheit: Taktilmessgeräte können auch auf rauen oder reflektierenden Oberflächen genaue Messungen durchführen.
• Geringe Anfälligkeit für Umweltfaktoren: Temperatur- und Lichtverhältnisse haben weniger Einfluss auf taktile Messungen im Vergleich zu optischen Methoden.

• Langsame Messgeschwindigkeit: Taktilmessungen sind oft langsamer, da der Messkopf physischen Kontakt zu mehreren Punkten herstellen muss, was den Prozess zeitaufwendig macht.
• Verschleiß: Der physische Kontakt zwischen dem Messkopf und dem zu messenden Teil kann zu Verschleiß am Messkopf und eventuell am Bauteil führen.
• Begrenzte Flexibilität: Taktilmessgeräte sind weniger geeignet für weiche oder empfindliche Materialien, da der physische Kontakt das Material deformieren oder beschädigen kann.

• Optisches Messprinzip

1. Vorteile

• Schnelle Messgeschwindigkeit: Optische Messsysteme können in kurzer Zeit eine große Anzahl von Datenpunkten erfassen, was den Messprozess beschleunigt.
• Kontaktlose Messung: Es gibt keinen physischen Kontakt zwischen dem Messgerät und dem Bauteil, wodurch die Gefahr von Verschleiß oder Beschädigung vermieden wird.
• Flexibilität: Optische Messsysteme sind ideal für weiche, empfindliche oder komplexe Oberflächen und Geometrien, die für taktile Systeme schwer zugänglich oder messbar wären.

• Empfindlich gegenüber Oberflächenbeschaffenheit: Reflexionen, Transparenz oder stark variierende Oberflächen können die Genauigkeit der optischen Messungen beeinträchtigen.
• Anfällig für Umweltfaktoren: Veränderungen in den Lichtverhältnissen und Temperaturstabilität können die Genauigkeit der optischen Messung beeinflussen.
• Höherer Initialaufwand: Oft sind optische Systeme kostenintensiver in der Anschaffung und benötigen potenziell mehr Wartung aufgrund empfindlicherer Komponenten.

Fazit: Sowohl taktile als auch optische Messsysteme haben ihre spezifischen Stärken und Schwächen im Einsatz in der Automobilindustrie. Während taktile Systeme durch ihre Präzision und Unempfindlichkeit gegenüber Oberflächenunterschieden punkten, bieten optische Systeme durch ihre Geschwindigkeit und kontaktlose Messung klare Vorteile. Die Wahl des geeigneten Messsystems hängt von den spezifischen Anforderungen der jeweiligen Messaufgabe ab, und oft wird eine Kombination beider Technologien eingesetzt, um die Vorteile beider Techniken zu maximieren.

Aufgabe 4)

Optische Messverfahren wie Lasertriangulation werden zur berührungslosen, präzisen Abstandsmessung verwendet.

• Prinzip: Ein Laserstrahl wird auf ein Objekt gerichtet, reflektiert und auf eine Detektorzeile zurückgeworfen.
• Triangulation: Der Abstand wird durch Messen des Winkels zwischen Laser, Objekt und Detektor bestimmt.
• Gleichung: Mittels trigonometrischer Funktionen wird der Abstand berechnet:

•  \[D = \frac{d}{\tan(\theta)}\], 

  wobei \(D\) der Abstand, \(d\) der Detektorabstand und \(\theta\) der Winkel ist.
• Anwendungen: Qualitätskontrolle, 3D-Scannen, Roboterführung.

a)

Angenommen, ein Lasertriangulationssensor hat einen Detektorabstand von 50 mm. Der Winkel zwischen dem Laserstrahl und dem Detektor beträgt 30 Grad. Berechne den Abstand \(D\) zum Objekt.

• Gib dabei alle Schritte der Berechnung an.

Lösung:

Berechnung des Abstands mittels Lasertriangulation

Wir nutzen die Methode der Lasertriangulation, um den Abstand zu einem Objekt zu berechnen. Gegeben ist:

• Detektorabstand, d = 50 mm
• Winkel zwischen dem Laserstrahl und dem Detektor, \theta = 30^\text{Grad}

Berechnungsschritte

Wir kennen folgende Formel zur Berechnung des Abstands:

 D = \frac{d}{\tan(\theta)}

Setzen wir die gegebenen Werte in die Formel ein:

• \theta = 30° in Radianten umwandeln (da die meisten Taschenrechner und Computersysteme in Radianten arbeiten):

\(30^\text{Grad} = \frac{30 \times \pi}{180} = \frac{\pi}{6}\text{ Radianten}\)

• Verwenden der Tangens-Funktion:

\(\theta = \frac{\pi}{6}\)

Der Tangens von \(\frac{\pi}{6}\) beträgt:

\(\tan(\frac{\pi}{6}) = \frac{1}{\sqrt{3}} = \frac{1}{1.732}\)

Nun setzen wir dieses Ergebnis in die Abstandsgleichung ein:

 D = \frac{50}{\tan(30^\text{Grad})} = \frac{50}{0.577} ≈ 86.6 \text{mm}

Endergebnis

Der Abstand D zum Objekt beträgt ungefähr 86.6 mm.

b)

Ein System wird für die Qualitätskontrolle in der Produktion verwendet. Du beobachtest, dass der Abstand \(D\) zum Objekt variiert. Liste mindestens drei mögliche Ursachen dafür auf und erläutere, wie jeder Einfluss mechanisch oder elektronisch bedingt sein könnte.

Lösung:

Mögliche Ursachen für Abstandsvariationen bei der Lasertriangulation

Beim Einsatz eines Lasertriangulationssystems zur Qualitätskontrolle in der Produktion kann der beobachtete Abstand D zum Objekt variieren. Hier sind drei mögliche Ursachen dafür, jeweils mit einer Erklärung, ob sie mechanischer oder elektronischer Natur sind:

• 1. Mechanische Vibrationen: Mechanische Vibrationen können das Messsystem oder das Objekt selbst in Bewegung versetzen. Dies führt zu Schwankungen im Winkel \(\theta\) und damit zu Abstandsvariationen. Mechanischer Einfluss: Produktionsmaschinen oder umliegende Geräte erzeugen Vibrationen, die sich auf das Messsystem übertragen.
• 2. Temperaturänderungen: Temperaturschwankungen können das Material von Detektor oder Trägerstruktur ausdehnen oder zusammenziehen, was den Abstand d zwischen Laser und Detektor verändert und somit die Messungen beeinflusst. Mechanischer Einfluss: Änderung der physikalischen Abmessungen aufgrund von Thermoausdehnung.
• 3. Elektronische Störungen: Interferenzen durch andere elektronische Geräte oder elektromagnetische Störungen können die elektronischen Komponenten des Messsystems beeinflussen und zu Messfehlern führen. Elektronischer Einfluss: Rauschen oder Signalverzerrungen in der Elektronik des Detektors oder Lasers, verursacht durch elektromagnetische Störungen.

All diese Faktoren müssen berücksichtigt und gemindert werden, um genaue Abstandsberechnungen in einem Produktionsumfeld sicherzustellen.

c)

Diskutiere die Vor- und Nachteile der Verwendung von Lasertriangulationssensoren im Vergleich zu taktilen Messverfahren. Beachte dabei Aspekte wie Messgenauigkeit, Anwendungsbereiche, und mögliche Fehlerquellen.

Lösung:

Vor- und Nachteile von Lasertriangulationssensoren im Vergleich zu taktilen Messverfahren

Lasertriangulationssensoren und taktile Messverfahren bieten jeweils spezifische Vor- und Nachteile, die in verschiedenen Anwendungen von Bedeutung sein können. Hier sind einige Aspekte, die bei der Entscheidungsfindung berücksichtigt werden sollten:

Vorteile von Lasertriangulationssensoren

• Berührungslose Messung: Lasertriangulationssensoren arbeiten berührungslos, wodurch das Risiko einer Beschädigung oder Verformung des Messobjekts, insbesondere bei empfindlichen oder weichen Materialien, minimiert wird.
• Hohe Messgenauigkeit: Lasertriangulationssensoren bieten eine hohe Messgenauigkeit, da sie präzise Winkelmessungen und moderne elektronische Auswertesysteme nutzen. Die Genauigkeit hängt jedoch von der Oberflächenbeschaffenheit und den Umgebungsbedingungen ab.
• Schnelle Messungen: Die Messgeschwindigkeit ist sehr hoch, was sie ideal für Echtzeitanwendungen in der Produktionsüberwachung oder für inline Qualitätskontrollen macht.
• Anwendungsvielfalt: Diese Sensoren eignen sich für eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich Qualitätskontrolle, 3D-Scannen und Roboterführung.

Nachteile von Lasertriangulationssensoren

• Empfindlichkeit gegenüber Oberflächenbeschaffenheit: Reflektierende, transparente oder sehr dunkle Oberflächen können die Messgenauigkeit der Sensoren beeinträchtigen.
• Umweltbedingungen: Staub, Dampf oder andere Umgebungsbedingungen können die Laserstrahlen stören und somit die Zuverlässigkeit der Messungen verringern.
• Komplexität und Kosten: Die Einrichtung und Kalibrierung von Lasertriangulationssystemen kann komplex und kostspielig sein, insbesondere im Vergleich zu einfachen taktilen Messverfahren.

Vorteile von taktilen Messverfahren

• Unabhängigkeit von Oberflächenbeschaffenheit: Taktile Verfahren sind weitgehend unabhängig von der Oberflächenbeschaffenheit des Messobjekts, was sie für eine breite Palette von Materialien geeignet macht.
• Robustheit: Taktile Messgeräte sind weniger anfällig für äußere Einflüsse wie Staub oder Lichtverhältnisse, was sie in rauen Umgebungen zuverlässiger macht.
• Einfachheit: Diese Systeme sind oft einfacher einzurichten und zu verwenden und benötigen keine komplexe Kalibrierung.

Nachteile von taktilen Messverfahren

• Langsamere Messung: Die Messung mit taktilen Verfahren kann zeitaufwendig sein, insbesondere bei der Vermessung großer oder komplex geformter Objekte.
• Kontaktbedingt: Das Berühren des Objekts kann es beschädigen oder verformen, was bei empfindlichen oder weichen Materialien problematisch ist.
• Weniger flexibel: Taktile Verfahren sind weniger flexibel bei der Messung komplexer Geometrien und können in Anwendungen, die schnelle, berührungslose Messungen erfordern, nicht verwendet werden.

Schlussfolgerung

Die Wahl zwischen Lasertriangulationssensoren und taktilen Messverfahren sollte auf den spezifischen Anforderungen der Anwendung basieren. Lasertriangulationssensoren bieten Vorteile bei berührungslosen, schnellen und genauen Messungen, während taktile Messverfahren ihre Stärken in der Robustheit und Unabhängigkeit von Oberflächenbeschaffenheit haben.