Fertigungsmesstechnik II - Cheatsheet

Grundlagen der Messtechnik

Definition:

Grundbegriffe und Prinzipien der Messtechnik zur Charakterisierung und Bewertung von Fertigungsprozessen und Produkten.

Details:

• Messabweichung: \(\text{Messwert} - \text{wahrer Wert}\)
• Genauigkeit: Maß für die Übereinstimmung zwischen Messergebnis und wahrem Wert.
• Präzision: Wiederholbarkeit der Messungen unter gleichen Bedingungen.
• Kalibrierung: Abgleich von Messgeräten mit Referenzgrößen.
• Auflösung: Kleinster messbarer Unterschied.
• Messunsicherheit: Bereich, in dem der wahre Wert mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit liegt.
• SYSTEMATISCHE FEHLER: Konstante Abweichungen aufgrund von Geräte- oder Umgebungsbedingungen.
• ZUFRÄLLIGE FEHLER: Variieren ohne erkennbares Muster.
• Messkette: Gesamtheit aller Komponenten von der Messaufgabe bis zur Ergebnisauswertung.

Integration von Messsystemen in Produktionsprozesse

Definition:

Einbindung von Messsystemen in bestehende Fertigungsabläufe zur Echtzeit-Überwachung und Steuerung.

Details:

• Erhöht die Produktqualität und Prozesssicherheit
• Reduziert Ausschuss und Nacharbeit
• Echtzeit-Datenanalyse für sofortige Prozessanpassungen
• Integration von Sensoren und Messgeräten in Maschinen
• Automatisierte Feedback-Schleifen zur Prozessoptimierung
• Aufbau vernetzter und intelligenter Produktionssysteme (Industrie 4.0)

Kalibrierung und Justierung von Messeinrichtungen

Definition:

Kalibrierung: Vergleich eines Messgeräts mit einem Referenzstandard, Justierung: Einstellung des Messgeräts zur Minimierung der Messabweichung.

Details:

• Ziel: Sicherstellung der Messgenauigkeit
• Kalibrierung mittels Kalibrierprotokoll dokumentiert
• Unterschied: Justierung verändert das Messgerät, Kalibrierung nicht.
• Formel zur Kalibrierung: \[ K = \frac{A_{\text{Messgerät}}}{A_{\text{Referenz}}} \]
• Stichprobenverfahren für statistische Absicherung
• Justierung erfolgt nach Herstellervorgaben
• Regelmäßige Intervalle einhalten

Taktil und optisch basierte Messverfahren

Definition:

Vergleich von taktilen und optischen Messverfahren, Einsatzgebiete und Funktionsweisen.

Details:

• Taktil: Physischer Kontakt zwischen Messgerät und Objekt
• Optisch: Verwendung von Licht und Sensoren, kein physischer Kontakt
• Taktil: Höhere Präzision bei rauen Oberflächen, langsamer
• Optisch: Schnell, geeignet für empfindliche Oberflächen, evtl. weniger präzise bei transparenten/ reflektierenden Materialien
• Anwendungen: Taktil (Koordinatenmessmaschinen), Optisch (Laserscanner, Streifenprojektion)
• Formeln:
  • Taktile Messunsicherheit: \(\text{U} = \frac{\text{d}}{2}\tan(\frac{\text{α}}{2})\)
  • Optische Auflösung: \(R = \frac{\text{λ}}{2 \text{NA}}\)

Messunsicherheit und Fehleranalyse

Definition:

Bewertung und Quantifizierung von Unsicherheiten und Fehlern in Messergebnissen.

Details:

• Messunsicherheit: Gibt an, in welchem Bereich der wahre Wert der Messgröße mit hoher Wahrscheinlichkeit liegt.
• Fehleranalyse: Untersuchung und Bewertung der systematischen und zufälligen Fehler in Messungen.
• Systematischer Fehler: Konstante oder vorhersehbare Abweichung; Ursachen identifizierbar und korrigierbar.
• Zufälliger Fehler: Unvorhersehbare Abweichungen; statistische Methoden zur Bewertung erforderlich.
• Formel zur kombinierten Standardunsicherheit: \[ u_c = \sqrt{u_1^2 + u_2^2 + \cdots + u_n^2} \]
• Erweiterte Unsicherheit: \[ U = k \times u_c \] (k: Erweiterungsfaktor, meist 2 für 95% Konfidenzintervall).

Digitale Vernetzung und Industrie 4.0

Definition:

Integration digitaler Technologien zur Optimierung der Produktion und zur Schaffung intelligenter Fabriken.

Details:

• Kernelemente: Internet der Dinge (IoT), Cyber-Physische Systeme (CPS), Cloud Computing, Big Data und künstliche Intelligenz.
• Ziele: Effizienzsteigerung, Flexibilität, individualisierte Massenproduktion.
• Kommunikation zwischen Maschinen, Produkten und Menschen in Echtzeit.
• Ermöglicht durch digitale Vernetzung der gesamten Wertschöpfungskette.
• Wichtige Technologien: RFID, Sensorik, Aktorik, Maschinelles Lernen.

Künstliche Intelligenz in der Messtechnik

Definition:

Einsatz von KI zur Verbesserung und Automatisierung der Messtechnik.

Details:

• Erkennung und Klassifikation von Mustern in Messdaten durch Machine Learning (ML)
• Optimierung und Steuerung von Messprozessen durch Reinforcement Learning
• Verwendung von neuronalen Netzen zur Verbesserung der Messgenauigkeit
• Prognose von Ausfallzeiten und Wartungsbedarf auf Basis von Messdaten
• Kombination von KI und IoT für intelligente Messtechnik-Systeme
• Verwendung von Big Data Ansätzen zur Analyse großer Messdatensätze

Präzisionsmesstechnik für Mikro- und Nanofertigung

Definition:

Definiert Verfahren und Technologien zur hochpräzisen Messung in der Herstellung von Mikro- und Nanobauteilen.

Details:

• Messmethoden: AFM (Rasterkraftmikroskopie), SEM (Rasterelektronenmikroskopie), Interferometrie
• Wichtige Kenngrößen: Auflösung, Messunsicherheit, Wiederholgenauigkeit
• Herausforderungen: Vibrationen, thermische Drift, Kalibrierung
• Anwendungen: Halbleiterfertigung, Mikromechanik, Nanotechnologie