Alles über Messprojektoren

Die nebenstehende Abbildung sollte allen bekannt vorkommen, die schon in einem Qualitätslabor oder einer Werksumgebung tätig waren. Sie zeigt einen altmodischen Messprojektor. Wir gehen von dieser alten Zeichnung aus, um einen wichtigen Nachweis zu erbringen.

Diese Zeichnung stammt aus dem Patent mit der Nummer 1.903.933 vom 21. Mai 1925. Der Umstand, dass sich ein moderner Messprojektor kaum von einem unterscheidet, der bereits vor über 85 Jahren zum Patent angemeldet wurde, wirft einige Fragen auf, darunter: Warum werden Messprojektoren bis heute benötigt? Warum haben wir noch nichts Besseres entwickelt? Um diese Fragen zu beantworten, sollten wir uns als erstes mit der Technologie dahinter beschäftigen.

Der Grund, warum sich an Messprojektoren in den vergangenen 85 Jahren kaum verändert hat, ist, dass ihre Funktionsweise ebenso einfach wie elegant ist und sich bis heute bewährt. Da sich an den physikalischen Grundlagen der Optik nichts geändert hat, können Verbesserungen dieser Technologie nur die Qualität der Optik selbst sowie die Funktionen betreffen, mit denen die Durchführung von Messungen durch den Anwender unterstützt wird.

Funktionsweise

Ein Messprojektor funktioniert ähnlich wie ein altmodischer Overhead-Projektor, den viele von uns noch aus der Schule kennen. Mit seiner Hilfe wurde der Inhalt beschrifteter Folien an die Wand projiziert. Tatsächlich lässt sich aus einem Overhead-Projektor sogar ein simpler Messprojektor basteln.
Sollten Sie noch irgendwo einen alten Overhead-Projektor herumstehen haben, können Sie ja das folgende kleine Experiment ausprobieren: Legen Sie ein beliebiges zweidimensionales Objekt auf die Arbeitsfläche des Overhead-Projektors und projizieren Sie das Bild auf ein großes Stück Papier, das Sie zuvor mit Klebestreifen an der Wand befestigt haben. Ziehen Sie die Umrisse des auf das Papier an der Wand projizierten Schattens mit einem Stift nach. Dieser Umriss ist die Referenz, die uns zum Vergleich mit weiteren Objekten dient, die auf die Arbeitsfläche des Overhead-Projektors gelegt werden. Passt der neue Schatten nicht exakt in die Umrisse des alten Schattens, sind die beiden Objekte nicht identisch. Unser mit dem Stift nachgezogener Umriss entspricht der Vorlage eines Messprojektors.
In der Praxis können wir zur Prüfung von Werkstücken natürlich keinen Overhead-Projektor verwenden. Zum einen befinden sich Overhead-Projektoren selten in einer absolut fixen, nicht veränderbaren Position. Verändert sich die Projektionsdistanz auch nur geringfügig, weil der Projektor verschoben oder bewegt wurde, wirkt sich dies auf die Größe der Referenz an der Wand aus und der mit dem Stift nachgezogene Umriss ist nicht mehr korrekt.

Die grundlegende Funktionsweise eines Messprojektors für Aufgaben in der Qualitätssicherung ist die „Verpackung“ der Vorgehensweise mit dem Overhead-Projektor in ein Gehäuse, damit die optische Distanz zwischen dem Werkstück und der Projektionsfläche fixiert, bekannt und kalibrierbar wird.

Die Idee hinter dem Funktionskonzept des Messprojektors ist folgende: Ein Objekt wird auf einer Arbeitsfläche fixiert, von einer Lichtquelle beleuchtet, und das Schattenbild, das sich dabei ergibt, wird über Linsen vergrößert und über Spiegel umgelenkt, um zur vergrößerten Betrachtung auf die Rückseite einer Projektionsfläche projiziert zu werden – ganz ähnlich wie beim Overhead-Projektor.

Da der Vergrößerungsgrad der Linsen bekannt ist, kann die Messung des Werkstücks direkt auf der Projektionsfläche erfolgen. Dazu wurde die Projektionsfläche früher mit einer Folie oder einem Fadenkreuz als Referenz für projizierte Punkte oder Kanten überlagert. Der Bediener zentriert ein zu messendes Element im Fadenkreuz, erfasst einen Punkt, dann bewegt er das Bild und erfasst einen weiteren Punkt. Der Prozess der Erfassung mehrerer Punkte erlaubt den mathematischen Aufbau von Elementen wie Kreisen, Langlöchern, Radien und Kanten. Dies erfolgt in der Regel über eine mikroprozessorgesteuerte digitale Anzeige.

Die Größe und der Grad der Vergrößerung des projizierten Bilds auf einem Messprojektor hängen von der Optik und der Projektionsfläche des Projektors selbst ab. Übliche Größen sind 12 bis 36 Zoll, aber vereinzelt gibt es auch bis zu 60 Zoll große Messprojektoren. Je größer jedoch die Projektionsfläche, desto größer wird notwendigerweise auch das Gehäuse, da zur Projektion des Bilds eine größere Entfernung erforderlich ist. Ein Messprojektor mit einer großen Projektionsfläche ist im Grunde genommen nichts als ein großes, weitgehend leeres Gehäuse zur Prüfung kleiner Werkstücke.

Der Vorteil eines Messprojektors besteht darin, dass sein Einsatz für einfache Aufgaben simpel ist und wenig Schulungsaufwand erfordert. Auf dem einfachsten Messprojektor muss der Bediener das Werkstück nur fixieren, mit der Handsteuerung bewegen und das angezeigte Bild beobachten. Technologische Fortschritte wie Computerdisplays, die automatische Berechnungen durchführen und alle Messpunkte speichern, automatische Messauslöser und Verbesserungen bei der Bewegung des Objekttischs haben dazu geführt, dass der altmodische Messprojektor selbst in modernen Qualitätslabors bis heute eine gewisse Berechtigung hat.

Doch der Grund, dem der Messprojektor seine anhaltende Beliebtheit verdankt – nämlich seine Einfachheit –, ist gleichzeitig auch die Ursache für seinen allmählichen Niedergang. Da die Komplexität der gefertigten Werkstücke stetig zunimmt, immer mehr Elemente mit immer engeren Toleranzen geprüft werden müssen und auch der Anteil der geprüften Werkstücke wächst – oft werden sogar 100 %-Prüfungen durchgeführt –, sind herkömmliche manuelle Messprojektoren in der Praxis immer seltener einsetzbar.

Die wachsende Popularität von optischen Messsystemen drängt die manuell zu bedienenden Messprojektoren, selbst wenn sie mit modernen Funktionen ausgestattet sind, technologisch in den Hintergrund. Dies gilt insbesondere, wenn große Mengen von Teilen gleichzeitig geprüft werden müssen. Ein optisches Messsystem erlaubt nämlich die Inspektion mehrerer Werkstücke auf einem Objekttisch zur selben Zeit. Dazu kommen noch die Automatisierungsmöglichkeiten, die ein optisches Messsystem bietet, und so steht der Sieger in puncto Geschwindigkeit und Flexibilität fest. Automatisch verfahrbare Objekttische, CAD-Programmierfunktionen sowie Möglichkeiten zur Nutzung unterschiedlicher Beleuchtungsverfahren und Durchführung von 3D-Prüfungen sprengen die engen Grenzen der herkömmlichen Messprojektortechnologie. Dutzende kleine Werkstücke können auf die Arbeitsfläche gelegt werden. Das Messprogramm wird automatisch ausgeführt, während Sie sich mit anderen Dingen beschäftigen können. Am Ende des Messvorgangs wird angezeigt, welche Teile den Spezifikationen entsprechen und welche nicht. Das ist der große Vorteil, den die neuen optischen Messsysteme bieten.

Warum gibt es dann immer noch Unternehmen, die sich für einen Messprojektor entscheiden? Für viele einfache, nicht repetitive Messaufgaben an zweidimensionalen Werkstücken mit klar abgegrenzten Kanten ist der Messprojektor nach wie vor eine gute Option. Wie bei jeder Technologie ist es wichtig, kluge Entscheidungen in Bezug auf das jeweilige Einsatzgebiet zu treffen.