Ausrichtung in der Messtechnik.

Die Ausrichtung ist die Grundlage jeder Messung. Erst sie gibt dem Messgerät die Information, wo das Bauteil im Raum liegt und worauf sich die Messwerte beziehen. Eine falsche Ausrichtung macht eine ganze Messung unbrauchbar – eine saubere Ausrichtung ist deshalb der wichtigste erste Schritt. Dieser Beitrag erklärt das zugrunde liegende Prinzip der sechs Freiheitsgrade und die drei gängigsten Ausrichteverfahren.

Warum überhaupt ausrichten?

Ein Koordinatenmessgerät misst zunächst in seinem eigenen Gerätekoordinatensystem – also bezogen auf seine Verfahrachsen, nicht auf das Bauteil. Um die Messwerte mit der technischen Zeichnung vergleichen zu können, müssen sie aber in ein Werkstückkoordinatensystem überführt werden, das auf den Bezügen des Bauteils selbst beruht. Genau das leistet die Ausrichtung: Sie definiert, wo der Nullpunkt liegt und wie die Achsen orientiert sind. Erst danach bedeutet ein Messwert wie „Bohrung 12,00 mm von Kante" auch wirklich das, was die Zeichnung meint.

Das Prinzip: sechs Freiheitsgrade

Ein freier starrer Körper kann sich im Raum auf sechs Arten bewegen: Er kann sich entlang der drei Achsen verschieben (drei translatorische Freiheitsgrade: X, Y, Z) und um diese drei Achsen drehen (drei rotatorische Freiheitsgrade). Zusammen sind das sechs Freiheitsgrade. Eine vollständige Ausrichtung muss alle sechs einschränken („sperren") – dann ist die Lage des Bauteils eindeutig festgelegt und nichts kann mehr wackeln oder kippen.

Die drei wichtigsten Ausrichteverfahren

1. Die 3-2-1-Methode

Die klassische und am weitesten verbreitete Methode. Sie sperrt die sechs Freiheitsgrade über drei aufeinander aufbauende Bezüge: Zuerst wird eine Primärebene über drei Punkte bestimmt (sie sperrt drei Freiheitsgrade – Aufsetzen ohne Kippeln). Dann eine Sekundärlinie über zwei Punkte (sperrt zwei weitere – kein Verdrehen mehr). Zuletzt ein einzelner Tertiärpunkt (sperrt den letzten – kein Verschieben mehr). 3 + 2 + 1 = 6 eingeschränkte Freiheitsgrade. Idealerweise stehen die drei Bezüge senkrecht aufeinander.

2. Die RPS-Ausrichtung (Referenzpunktsystem)

Bei der RPS-Ausrichtung wird das Bauteil über definierte Referenzpunkte am CAD-Modell ausgerichtet – jeder Punkt schränkt gezielt bestimmte Freiheitsgrade ein. Welche Punkte welche Richtung sperren, gibt das Konstruktions- bzw. Toleranzkonzept vor. Das Verfahren stammt aus der Großserie (besonders dem Automobilbau): Die RPS-Punkte sind dieselben, an denen das Teil später auch montiert oder gespannt wird. So wird das Bauteil genau so vermessen, wie es im Zusammenbau tatsächlich liegt – die Lage ist eindeutig und über den gesamten Prozess reproduzierbar.

3. Die Best-Fit-Ausrichtung

Bei der Best-Fit-Ausrichtung (auch „Einpassung") wird die gemessene Punktewolke rechnerisch so über das CAD-Modell gelegt, dass die Summe der Abweichungen über alle Punkte minimal wird. Statt fester Bezüge zählt die bestmögliche Gesamtüberdeckung. Das ist ideal für Freiformflächen (z. B. Karosserie- oder Gussteile), wo es keine klaren Ebenen und Kanten als Bezug gibt. Nachteil: Da sich die Abweichung gleichmäßig verteilt, „versteckt" Best-Fit unter Umständen einen systematischen Versatz – für die Prüfung gegen Zeichnungsbezüge ist deshalb oft die 3-2-1- oder RPS-Methode korrekter.

Welche Methode wann?

Ausrichtung und Messunsicherheit

Die Ausrichtung wirkt sich direkt auf jedes Ergebnis aus: Ein kleiner Fehler im Bezug pflanzt sich über das ganze Bauteil fort und kann Maße verfälschen, die für sich genommen exakt gemessen wurden. Reproduzierbare Bezüge, sauber angetastete Punkte und – wo möglich – automatisierte Abläufe reduzieren diesen Einfluss. Mehr dazu im Beitrag Messunsicherheit. Wie aus einer Ausrichtung gegen das CAD-Modell die Abweichungsanalyse entsteht, zeigt der Beitrag Soll-Ist-Vergleich.