Kalibrierung eines Messuhr- und Feinzeigerprüfgerätes „Optimar 100“ .

Genau wie die Leute, die sie verwenden, sollten Messgeräte ab und zu durchgecheckt werden. Beim Kalibrieren von Messgeräten entdeckt man manchmal erst wie groß ein bekanntes Problem wirklich ist und manchmal entdeckt man Probleme, von denen man bislang noch nichts wusste. Genau wie beim Menschen ist der Hauptgrund für das jährliche Durchchecken, Probleme erst gar nicht entstehen zu lassen.

Die Genauigkeit eines Messgeräts kann nur relativ zu einem noch genaueren Maß angegeben werden. Daher werden Messgeräte mit einem Normal kalibriert, das genauer ist als das Messgerät selbst. Die Genauigkeit dieser Normale wiederum wird relativ zu Endmaßen angegeben, die abermals mit noch genauer gefertigten Normalen abgeglichen sind – die letztendlich auf national oder international anerkannte „absolute“ Normale zurückführbar sind, die die Größe einer Längeneinheit definieren. Diese Rückführbarkeitskette muss eingehalten werden, damit eine Kalibrierung gültig ist.

Bei der Kalibrierung wird bestimmt, wie nah ein Messgerät dem Normal kommt. Wird sie auf einen Einstellring, einen Einstelldorn oder ein Endmaß angewandt, zeigt die Kalibrierung den Unterschied zwischen dem Sollmaß und dem Istmaß. Wird sie auf ein Messgerät wie einen Feinzeiger angewandt, zeigt die Kalibrierung den Zusammenhang zwischen dem Signaleingang und dem Signalausgang des Messgeräts – also den Unterschied zwischen der wirklichen Größe des Teils und dem vom Messgerät angegebenen Wert.

Die Kalibrierung eines Messgerätes, also das Maß seiner Genauigkeit, verändert sich durch den normalen Gebrauch: Messgeräteteile nutzen sich ab, die Mechanik verschmutzt und durch Konstruktionsmängel können sich Verbindungen lockern. Alles zusammen führt dazu, dass das Messgerät immer ungenauer wird, die ermittelte Genauigkeit nicht mehr stimmt und die Kalibrierung erlischt. Stöße und Schläge oder grobe Behandlung tragen auch dazu bei, dass die Kalibrierung des Messgeräts erlischt. 

Man kann sich daher auf kein Messgerät verlassen, das nicht kalibriert wurde oder dessen „Geschichte“ Ihnen nicht bekannt ist. Bei der Kalibrierung gilt die jährliche Wiederholung der Kalibrierung als absolute Untergrenze. Weitaus kürzere Intervalle sind für Messgeräte erforderlich, die in schwieriger Umgebung verwendet werden, die von mehreren Personen benutzt oder für viele unterschiedliche Teile eingesetzt werden - ebenso für Messgeräte mit hohem Prüfdurchsatz. Kürzere Kalibrierintervalle sind auch erforderlich, wenn Teile gemessen werden, die in kritischen Anwendungen eingesetzt werden sollen und bei denen die Fehlerfolgekosten extrem hoch sind.

Große Firmen, die hunderte oder tausende von Messmitteln besitzen, haben oft eine eigene Kalibrierabteilung. Unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten ist dies für kleinere Fertigungsbetriebe jedoch meist keine Option. Abgesehen von der erforderlichen speziellen Ausrüstung braucht man für eine interne Kalibrierabteilung auch Personal, das für diese Aufgabe ausgebildet und abgestellt werden muss.

Externe Kalibrierdienste wie Mahr sind für solche Betriebe daher meist günstiger. Kleinere Messmittel können zum Kalibrierdienstleister geschickt werden, größere müssen vor Ort kalibriert werden. Der Kalibrierdienst von Mahr hilft den Fertigungsbetrieben auch mit übersichtlichen Kalibrierprogrammen, mit denen sichergestellt wird, dass jedes Messmittel eines Fertigungsbetriebs fristgerecht überprüft wird, und die Kalibrierung ordnungsgemäß dokumentiert wird.

Die Normen ISO 10012-1 und ANSI Z540-1 enthalten allgemeine Richtlinien über Kalibrierverfahren für Messgeräte. Während Messgeräte die unterschiedlichsten Messverfahren nutzen können, die in der zugehörigen Betriebsanleitungen beschrieben sein müssen, müssen die Verfahren zum Kalibrieren der Messgeräte stets anwendungsspezifisch sein. In anderen Worten, zwei identische Messgeräte, die jedoch für unterschiedliche Anwendungen eingesetzt werden, müssen auf unterschiedliche Weise kalibriert werden.

Wird ein Messgerät zum Beispiel nur eingesetzt um zu zeigen, dass bestimmte Werkstücke in einem Toleranzband liegen, dann genügt es das Messgerät auf die obere und untere Toleranzgrenze zu kalibrieren. Wird das selbe Messgerät hingegen verwendet, um Daten für die statistische Prozesssteuerung zu sammeln, ist jedes einzelne Maß von Bedeutung. Eine Kalibrierung auf ein einzelnes Maß reicht in diesem Fall nicht aus. Vielmehr muss die Genauigkeit über den gesamten Messbereich ermittelt und die Linearität über den ganzen Messbereich kalibriert werden.

Die Kalibrierung eines Messgeräts muss unter genau den gleichen Bedingungen erfolgen, unter denen es zur Messung eingesetzt wird: Eine Kalibrierung in einem Feinmessraum bei 20 °C können Sie vergessen, wenn das Messgerät normalerweise neben einem Hochofen betrieben wird. Und eine Rachenlehre, die normalerweise verwendet wird, um zylindrische Werkstücke zu messen, muss mit einem Einstelldorn oder einem Einstellring kalibriert werden und nicht mit einem quaderförmigen Endmaß. Die Kalibrierung mit einem Endmaß ist fehlerhaft, weil es die abgenutzten (abgerundeten) Bereiche der Messflächen überbrücken könnte, während ein zylindrisches Einstellstück die realen Messbedingungen wiedergibt und verlässliche Ergebnisse liefert.

Vor dem Beginn der Kalibrierung muss demjenigen, der die Kalibrierung durchführt, eine Zeichnung des Werkstücks und eine Beschreibung der Messaufgabe vorliegen, für die das Messgerät verwendet wird. Als nächstes muss das Kalibrierprotokoll geprüft werden, um sicherzustellen, dass die Seriennummer und die Spezifikationen mit dem vorliegenden Instrument übereinstimmen. Das Messgerät wird anschließend gereinigt und einer Sichtprüfung auf Grate, Kerben und Kratzer unterzogen. Messflächen mit derartigen Defekten müssen abgeschliffen werden. Zudem muss geprüft werden, ob die Mechanik ordnungsgemäß funktioniert, sie weder verschlissen noch verschmutzt ist. Wenn das Messgerät aus einem Bereich mit abweichender Temperatur geholt wurde, muss es vor Beginn der Kalibrierung genügend Zeit haben, sich auf die neue „Arbeitstemperatur“ zu erwärmen/abzukühlen.

All diese Maßnahmen stellen sicher, dass die Kalibrierung eines Messgeräts genau ist, aber wiegen Sie sich dadurch nicht in Sicherheit: Eine Kalibrierung beseitigt nicht alle Messfehler. Wie wir schon gesehen haben, kann das „Messen“ nicht nur auf das Gerät selbst reduziert werden – Messen ist ein Verfahren. Die Kalibrierung eliminiert Fehler, die im Messgerät selbst stecken oder im Normal oder Einstellstück, aber sie eliminiert nicht die Fehler, die sich durch die Umgebungsbedingungen, das Werkstück und die Bedienung einschleichen. Dafür ist der Anwender selbst verantwortlich.

Mit den heute erhältlichen Formmessgeräten ist eine Fourieranalyse ebenso einfach wie das Einstellen von Messparametern. Aber die Ergebnisse einer Fourieranalyse können für die Herstellung besserer Teile und besser funktionierender Maschinen von unschätzbarem Wert sein. George Schuetz, Mahr Federal Inc.