Komplettsystem zur Kalibrierung: Optimar 100 von Mahr mit Laptop und Kalibriertaster

METAS und Mahr entwickeln unabhängig voneinander ein neues Verfahren, um das Messuhrenprüfgerät „Optimar 100“ zu kalibrieren

Für Messuhren-, Feinzeiger- und Fühlhebel-Prüfgeräte mit einem Einsatzbereich von 100 mm konnte bisher keine rückführbare Kalibrierung mit mobilen, kompakten Kalibriergeräten gewährleistet werden – da die erforderlichen Präzisions-Taster derzeit auf 60 mm Baulänge begrenzt sind. Bisherige rückführbare Kalibrierungen waren daher sehr aufwändig und zeitraubend. Jetzt ist es Mahr gelungen, mit einem neuen Messverfahren bei seinem senkrecht messenden Messuhrenprüfgerät „Optimar 100“ den rückführbaren Kalibrierbereich auf 100 mm auszuweiten. Unabhängig von Mahr hat das Schweizer nationale Metrologieinstitut METAS ein vergleichbares Messverfahren entwickelt. Dank des neuen Messverfahrens können „Optimar 100“-Messgeräte ab sofort vor Ort beim Kunden kalibriert werden.

Messuhrenprüfgeräte sind Maschinen und Geräte zur absoluten Kalibrierung von Messuhren, Feinzeigern und Fühlhebelmessgeräten sowie von induktiven und inkrementalen Messtastern. Ihre typischen Anwendungsgebiete sind die Messuhrprüfungen in allen Industriesparten, Messräumen, Kalibrierlaboratorien sowie die Serienprüfung bei Messuhrenherstellern. Messuhren- und Feinzeiger-Prüfgeräte wie das weltweit verbreitete „Optimar 100“ von Mahr bedürfen wie alle Messgeräte einer rückverfolgbaren Kalibrierung – also einem Vergleich mit einem kalibrierten Normal wie z.B. einem Endmaß. Bei Längenmessmaschinen, die horizontal messen, ist die Kalibrierung mit Endmaßen oder Lasern heutzutage ein Standardprozess. Dies gilt hingegen nicht für die vertikal messenden Messuhren- und Feinzeiger-Prüfgeräte. Ein Aufeinanderstapeln von Endmaßen mit unbekannten Kippfehlern oder Lasermessungen wäre deutlich aufwändiger als bei horizontal messenden Geräten – und deshalb nicht op-timal und in der industriellen Praxis nur bedingt zweckmässig.

Technisch-mathematische Lösung

Mahr hat deshalb ein neues Prüfverfahren für die Kalibrierung von Messuhrenprüfgeräten entwickelt. Der Messtechnik-Hersteller setzt dabei einen Inkrementaltaster der Firma Heidenhain ein. Diese Taster haben eine spezifizierte Genauigkeit von etwa 30 nm und sind somit in dieser Klasse wohl das genauste, kommerziell erhältliche mechanische Messsystem. Dabei ist es Mahr gelungen, den Einsatzbereich der 60 mm-Taster auf 100 mm auszuweiten, ohne relevante zusätzliche Messfehler zu erzeugen. Die technische Lösung: Der Taster wird senkrecht verschoben und der dabei auftretende Verlust des Referenzpunktes durch rechnerische Verfahren kompensiert. Dabei kann der Nullpunkt mitgeführt werden. Damit war der Weg frei für ein mobiles Kalibriersystem, welches es einem Servicetechniker ermöglicht, das „Optimar 100“ bei Kunden zu kalibrieren. Allerdings fehlte bisher der Vergleich mit einem unabhängigen Institut und damit die Validierung des Verfahrens.

Vergleichsmessungen bei METAS

Unabhängig von Mahr hat auch das Schweizer nationale Metrologieinstitut METAS ein Kalibriersystem für „Optimar 100“ erarbeitet – ebenfalls mit einem hochgenauen inkrementalen Längenmesssystem der Firma Heidenhain. Während Mahr jedoch eigene Elektrik und Software zur Steuerung der Heidenhain Messtaster benutzt hatte, verwendet METAS das originale Heidenhain-Auswertegerät gepaart mit einer eigens entwickelten Software. Als sich die Möglichkeit einer Vergleichsmessung mit METAS bot, reiste Mahr mit dem Gerät und der Kalibriereinrichtung nach Wabern bei Bern.
Mahr und METAS führten an zwei Optimar-Messgeräten Vergleichsmessungen durch. Dabei haben die Mahr- und METAS-Fachleute sowohl die verwendeten Messtaster als auch die Mahr-Elektrik und Heidenhain-Elektrik untereinander und kreuzweise getauscht. Während die Geräte mit einer Unsicherheit von 0,2 + L/100 spezifiziert sind, lagen bei den Vergleichsmessungen die Unterschiede deutlich unter 0,1 µm – was für die gute Wiederholbarkeit der Messuhrenprüfgeräte spricht. Damit konnte nachgewiesen werden, dass das Kalibrierverfahren von Mahr innerhalb der angegebenen Messunsicherheit mit dem Verfahren von METAS übereinstimmt. Das getestete Prüfgerät wurde abschließend von METAS zertifiziert und zu einem Kunden ausgeliefert.

Optimar-Kalibrierung vor Ort

Mittlerweile ist das DKD-Labor bei Mahr in Göttingen von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig akkreditiert für die Zertifizierung senkrecht messender Messuhren- und Feinzeiger-Prüfgeräten. Das neue Messverfahren hat für Käufer des „Optimar 100“ ganz nebenbei zu einem wichtigen „Nebeneffekt“ geführt: Ab sofort kann der Service-Techniker das Messgerät bei den Kunden vor Ort im temperierten Messraum innerhalb weniger Stunden kalibrieren. Das bedeutet für den Kunden minimale Stillstandszeiten für Rekalibrierungen und damit ein Produktivitätsgewinn. In der Schweiz bietet METAS die Kalibrierung von Messuhrenprüfgeräten als Dienstleistung an.

Dr. Rudolf Thalmann, Bundesamt für Metrologie METAS
Dr. Jürgen Schweizer, Mahr GmbH