Messschieber gehören zu den am häufigsten verwendeten Messgeräten in mechanischen Bearbeitungsumgebungen und ihre Messgenauigkeit wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst. Unter diesen ist die vom Bediener aufgebrachte Klemmkraft eine der am häufigsten übersehenen Variablen. Selbst wenn derselbe Bediener denselben Messschieber zum Messen desselben Werkstücks verwendet, können Unterschiede in der Spannkraft zu Messwertabweichungen von mehreren zehn Mikrometern oder mehr führen. Dieser Artikel analysiert den spezifischen Einfluss der Spannkraft auf die Messgenauigkeit aus physikalischer Sicht und stellt Techniken zur Steuerung von Standardmesskräften vor.
I. Physikalische Grundlagen des Einflusses der Druckkraft auf die Messgenauigkeit
1. Während der Messschiebermessung drückt der Bediener mit dem Daumen auf den Rahmen des Messschiebers, wodurch sich die Messbacken der Oberfläche des Werkstücks nähern. Bis die Messfläche der Backen das Werkstück berührt und einen gewissen Druck ausübt. Bei diesem Vorgang entsteht ein Spiel zwischen Bremssattelkörper und Rahmen. Wenn die Andruckkraft auf den Rahmen ausgeübt wird, erzeugt der Rahmen ein Schrägdrehmoment auf der Führungsfläche, was zu einer Abweichung der tatsächlichen Messposition der Backen führt. Diese Abweichung beträgt bei einem gewöhnlichen Messschieber etwa mehrere Mikrometer und kann in Fällen, in denen die Auszugslänge der Backen groß ist, zehn bis zwanzig Mikrometer erreichen.
2. Auch die Oberfläche des Werkstücks erfährt unter Einwirkung der Presskraft eine elastische Verformung. Bei dünnwandigen Teilen und Werkstücken aus weichem Material führt der Anpressdruck der Messbacken zu einer lokalen Vertiefung im Messbereich, was zu einem Messwert führt, der kleiner als die tatsächliche Größe ist. Am Beispiel eines Aluminiumrohrs mit einer Wandstärke von 0,5 Millimetern kann bei Verwendung der herkömmlichen Messkraft zur Messung des Außendurchmessers der Messwert um mehrere Mikrometer bis mehrere zehn Mikrometer kleiner sein als die tatsächliche Größe im freien Zustand. Je geringer die Materialhärte und je dünner die Wandstärke, desto deutlicher wird der durch diese elastische Verformung verursachte Messfehler.
3. Auch die elastische Verformung des Bremssattels selbst darf nicht vernachlässigt werden. Der Bremssattelkörper ist ein schlankes Strukturbauteil. Wenn der Rahmen des Messschiebers einer großen Kraft ausgesetzt wird, erfährt der Körper eine leichte Biegeverformung, was zu einer Änderung der Öffnungs- und Schließbeziehung der Messbacken führt. Diese elastische Verformung des Bremssattelkörpers erfolgt üblicherweise im Mikrometerbereich, reicht aber bei Präzisionsteilen mit engem Toleranzband bereits aus, um die Eignungsbestimmung zu beeinflussen. Unter Berücksichtigung aller dieser drei Effekte schwankt der kumulierte Messfehler durch die Spannkraft je nach konkreten Arbeitsbedingungen zwischen 10 und 50 Mikrometern.
II. Unterschiede in der Empfindlichkeit gegenüber Druckkräften bei verschiedenen Arten von Bremssätteln
1. Der Messschieber hat die höchste Empfindlichkeit gegenüber Druckkräften. Der Rahmen des Messschiebers ist auf Federplatten angewiesen, um einen gewissen Reibungswiderstand zu erzeugen und so die Positionsstabilität aufrechtzuerhalten. Der Bediener muss die Größe der Messkraft durch taktiles Empfinden beurteilen. Da der Messschieber über keinen kraftbegrenzenden Mechanismus verfügt, variiert die von verschiedenen Bedienern oder demselben Bediener bei verschiedenen Vorgängen ausgeübte Anpresskraft erheblich, was zu einer Verringerung der Wiederholbarkeit der Messergebnisse führt. In Chargeninspektionsszenarien wird die Messwiederholgenauigkeit des Messschiebers normalerweise in einem Bereich von plus/minus zwanzig bis dreißig Mikrometern kontrolliert, was bereits ein üblicher Wert ist.
2. Der Aufbau des digitalen Messschiebers entspricht im Wesentlichen dem des Messschiebers, und auch die Rahmenführungsmethode ist dieselbe. Daher ist seine Empfindlichkeit gegenüber der Druckkraft ähnlich der des Messschiebers. Der digitale Messschieber verfügt jedoch über eine Datenausgabefunktion, die es ihm ermöglicht, während der Messung anhand der Änderungen der Zahlenwerte zu beurteilen, ob die Anpresskraft angemessen ist. Der Bediener kann die Anpresskraft vor und nach dem Ablesen des Anzeigewerts leicht anpassen, den stabilen Bereich des Zahlenwerts beobachten und so den geeigneten Messkraftbereich finden. Einige hochwertige digitale Messschieber verfügen über eine zusätzliche Anzeigefunktion für die Kraftmessung, die dem Bediener dabei helfen kann, die Konsistenz der Messkraft zu kontrollieren.
3. Der hochpräzise Messschieber mit Feinabstimmungsgerät bietet gewisse Vorteile bei der Steuerung der Spannkraft. Das Feinabstimmungsgerät treibt den Rahmen über eine Rändelmutter und eine Schraubenstangenstruktur in eine langsame Bewegung. Der Bediener kann die Spannkraft durch Drehen des Feinabstimmungsknopfs nach dem Kontakt mit dem Werkstück schrittweise erhöhen und so die plötzlichen Druckänderungen reduzieren, die durch Handzittern oder plötzliche Stöße verursacht werden. Solche Bremssättel sind in der Regel mit einer größeren Verriegelungskraft des Rahmens verbunden und die Kippwirkung des Rahmens auf die Führungsfläche ist relativ gering. Die Gesamtwiederholbarkeit der Messung ist bei diesem Messschiebertyp besser als bei gewöhnlichen Messschiebern.
III. Definition und Anwendungsbereich der Standardmesskraft
1. Im Bereich der Längenmessung wird die Standardmesskraft im Allgemeinen mit 3 bis 5 Newton definiert. Dieser Kraftwert hat durch langjährige Praxis bewiesen, dass er einen ausreichenden Kontakt zwischen Messwerkzeug und Messfläche gewährleisten kann, ohne die Oberfläche des Werkstücks zu beschädigen. Innerhalb dieses Messkraftbereichs liegen die elastische Verformung und die Eindringtiefe von Messwerkzeugen aus Stahl in akzeptablen Grenzen. Es gibt keine einheitlichen numerischen Anforderungen an die Messkraft von Messschiebern in internationalen Normen und inländischen Vorschriften zur messtechnischen Überprüfung. In den Betriebsvorschriften wird jedoch generell empfohlen, dass die Messbacken gerade mit der Messfläche in Berührung kommen und ein gewisses Reibungsgefühl aufweisen.
2. Bei präzisen Messungen ist die Kontrolle der Messkraft strenger erforderlich. Bei der Verwendung von Messschiebern in einem Messlabor zum Messen präziser Teile wird die Verwendung eines speziellen Messschiebers mit Kraftmessvorrichtung oder die Verwendung eines Kraftmesstisches mit einstellbarer Messkraft zur Unterstützung des Vorgangs empfohlen. Der Kraftmesstisch steuert die Kontaktkraft der Messbacken über präzise Federn oder elektronische Kraftsensoren und kann die Schwankung der Messkraft auf ±0,5 Newton regeln, wodurch die Wiederholgenauigkeit der Messung erheblich verbessert wird. Bei Werkstücken mit Toleranzbändern im Bereich von mehreren Mikrometern ist diese Kraftregelgenauigkeit eine notwendige Voraussetzung für die Gewährleistung der Messsicherheit.
3. Bei tatsächlichen Vor-Ort-Einsätzen ist es schwierig, den Wert der Messkraft genau zu steuern. Durch Training des Handgefühls und Sammeln von Erfahrung kann die Messkraft jedoch konstant gehalten werden. Generell gilt als Bezugsgröße für die Messkraft die Kraft, bei der die Messbacken leicht auf der Werkstückoberfläche gleiten, ohne dass es zu deutlichen Eindrücken kommt. Anfänger können zunächst wiederholt an Standardmessgeräten üben, um die Eigenschaften der Standardmesskraft zu spüren, und diese dann auf tatsächliche Messungen anwenden. Die regelmäßige Kalibrierung des Handgefühls mit einem Kraftmessgerät trägt dazu bei, die Konstanz der Messkraft aufrechtzuerhalten.
