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PRODUKTIONSMESSTECHNIK UND

QUALITÄTSMANAGEMENT -

MESSUNG DER QUALITÄT - QUALITÄT

DER MESSUNG

Prof. Dr. P. H. Osanna, Prof. Dr. N. M. Durakbasa, Dr. techn. L. Kräuter

TU-Wien

Mai 2007

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Einführung

Die Forschung auf dem Gebiet der Messtechnik bildet einen wesentlichen Teil des Fundamentes der modernen Weltwirtschaft.

Umsätze in der Höhe von bis zu 100 Milliarden Euro hängen weltweit direkt von der Messtechnik und von Messgeräten ab.

Hochtechnologie erfordert Längenmessungen mit nanometrischer Messauflösung.

Durch laufende Forschung erfolgt eine kontinuierlich Weiterentwicklung, wie physikalische Größen genauer erfasst werden können.

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Entwicklung

Gegenwärtiger Entwicklungsstand:

Praktisch alles kann gemessen werden, was in der Produktentwicklung und -herstellung benötigt wird.

Einige wenige Grenzen bestehen noch:

• können gegenwärtig technisch noch nicht überschrittenwerden bzw. sind

• die Messaufgabenstellungen noch nicht lösbar, oder• es besteht kein Markt / keine Nachfrage und somit istkeine wirtschaftliche Notwendigkeit für ihre Lösung

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Weiterentwicklung

Weiterentwicklung der Messtechnik:

• Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Messgeräte

• Umsetzen der Anforderungen der mobilen

Kommunikation � Datenübertragung!

• Steigerung der Abtastraten

• Erhöhung der Lebensdauer der Batterien

• kompaktere Gestaltung der Messgeräte

� verbesserte Mobilität!

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Weiterentwicklung

Kompatibilität und Aspekte der Kommunikation sind als

wesentliche Anforderungen an moderne Messgeräte zu

bewerten.

Durch die Standardisierung der Bus-Systeme sind vor

allem Messsysteme notwendig, welche die Bearbeitung

und Auswertung von Messdaten aus

verschiedenartigsten Quellen erlauben.

Umfassende Fehleranalysen und Messunsicherheits-

abschätzungen werden erst dadurch ermöglicht!

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Aufgaben

Das Ziel der Messtechnik formulierte im 17. Jh. Galileo Galilei sehr klar, indem er die grundlegende Forderung aufstellte, alles zu messen, was messbar ist, und das bisher messtechnischen Erfassungen nicht Zugängliche messbar zu machen.

Zu den noch nicht umfassend gelösten Problemstellungen gehört die Methoden zur Messung der Qualität. Dies gilt im Zusammenhang mit Fragestellungen zur Qualität der unterschiedlichen (materiellen / nicht materiellen) Produkte, die von Organisationen hergestellt werden, sowie auch bei der Beurteilung der zum Einsatz kommender Prozesse.

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Grundsätze

Für eine Reihe unterschiedlicher Anwendungen gibt es

heute modernste hochtechnologische Entwicklungen der

Sensortechnik, welche die Anbringung und auch

Implantation mikrominiaturisierter Messwertaufnehmer

an nahezu beliebigen Teilen / Werkstückaufnahmen

ermöglichen.

Bild:

Mikrominiaturiserter

Messwertaufnehmer

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µ- & n- Messtechnik

AFM Atom-Kraft-(-Force-)-

Mikroskopie

OIM Optische Interferenz-

Mikroskopie

SCM Scanning-(Raster-)-

Confokal-Mikroskopie

SEM Scanning-(Raster-)-

Elektronen-Mikroskopie

SSM Scanning-(Raster-)-Stylus-

(Abtast-)-Mikroskopie

STM Scanning-(Raster-)-

Tunnel-Mikroskopie

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µ- & n- Messtechnik

1. Laserinterferometrische Nanomesssysteme

Einsatz hochstabiler He-Ne-Laser mit Retroreflektor und laserinterferometrische Mikrotaster lassen sich bei Längenmessungen Messunsicherheiten im nm-Bereich erzielen.

2. Nanomessmaschinen mit taktilen und optischenSensorsystemen

Grundaufbau: Zerodur; neuartige Tastsensoren, die als Nullindikatoren eingesetzt werden.

Durch entsprechende Strahlführung der verwendeten Interferometer wird der Abbésche Grundsatz in allen drei Messachsen voll realisiert.

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µ- & n- Messtechnik

3. Multi-Sensor-Oberflächenmesstechnik

Funktionsbezogen können mechan. / optische / elektr. Eigenschaften von Bauteiloberflächen von Interesse sein. Für die Charakterisierung besitzen die Messgeräte taktile oder optische Topographiesensoren. Für nanometrische Messauflösungen wird zusätzlich ein Atom-Kraft-Mikroskop integriert.

4. Messen von Mikrostrukturen mit Multisensor-Koordinatenmessgeräten

Mit Hilfe der Multisensorik (Kombination von Sensoren mit unterschiedlichsten Wirkprinzipen z.B.: Fasertaster, CT) kann die hochgenaue Messung von Mikrostrukturen der Geometrieelemente vorgenommen werden.

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µ- & n- Messtechnik

5. Optische Erfassung der Oberflächenstruktur

Ein typisches Messsystem zur optischen Erfassung von Oberflächenstrukturen bzw. der Rauheit zeigt Bild 3.

6. Nichtkonventionelle Mikroskopie

Raster-Tunnel-Mikroskopie und Atom-Kraft-Mikroskopie sind echte Vertreter der Nanometrologie, mit denen sich Messauflösungen im atomaren Bereich erzielen lassen.

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µ- & n- Messtechnik

InfiniteFocus-System zur optischen Messungder Oberflächenstruktur

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µ- & n- Messtechnik

Kompatibilität und Aspekte der Kommunikation sind als

wesentliche Anforderungen an moderne Messgeräte zu

bewerten.

Durch die Standardisierung der Bus-Systeme sind vor

allem Messsysteme notwendig, welche die Bearbeitung

und Auswertung von Messdaten aus

verschiedenartigsten Quellen erlauben.

Umfassende Fehleranalysen und Messunsicherheits-

abschätzungen werden erst dadurch ermöglicht!

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Zusammenfassung

Die Nanometrologie ermöglicht die Anwendung von

Messgeräten, mit denen Dimensionen mit nm

Messauflösung und unterschiedliche Oberflächen-

strukturen mit atomarer Messauflösung erfasst und

dargestellt werden können - die Kluft zwischen

Produktionsmesstechnik und Nanometrologie wird

zunehmend kleiner.

Aber auf jeden Fall ist die Nanometrologie zumindest

schon technische Realität geworden und bereits

teilweise in Produktionsnähe anzutreffen.

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Messtechnik«»Qualität

E N D E

Danke für Ihre Aufmerksamkeit!