Wie liest man ein CMM-Messprotokoll? Qualitätsnachweis bei CNC-Lohnteilen

Der Qualitätsnachweis eines CNC-Lohnfertigers ist sein Messprotokoll, weit mehr als seine Worte. Das Protokoll der Koordinatenmessmaschine (CMM: Coordinate Measuring Machine) ist der umfassendste dieser Nachweise; falsch gelesen führt es jedoch entweder zu unnötigen Reklamationen oder dazu, dass echte Probleme übersehen werden. Dieser Beitrag vertieft unseren Artikel zur Qualitätssicherung auf der Seite des Protokolllesens und erklärt das zentrale Dokument des Erstmusterprüfprozesses (EMPB).

Was ist eine CMM und was misst sie?

Eine Koordinatenmessmaschine bewegt einen schaltenden oder scannenden Taster in den Achsen X-Y-Z, nimmt Punkte von der Bauteiloberfläche auf, leitet aus diesen Punkten Geometrieelemente (Ebene, Zylinder, Kreis, Kegel) ab und berechnet Maße sowie Form- und Lagetoleranzen zwischen den Elementen. Typische Portalmessgeräte haben eine volumetrische Genauigkeit (MPE_E) in der Größenordnung von 1,5–3 µm + L/350–L/250, also rund 2–3 µm Unsicherheit bei einem 100-mm-Maß. Der Unterschied zu Messschieber oder Bügelmessschraube liegt darin, dass sie Form- und Lagetoleranzen (Position, Rechtwinkligkeit, Ebenheit, Profil) zuverlässig gegen ein einheitliches Bezugssystem messen kann.

Abschnitte des Protokolls

1. Kopfblock

Teilenummer und Bezeichnung, Zeichnungsrevision, Auftrags-/Chargennummer, Anzahl der gemessenen Muster und Seriennummern, Name des Messprogramms, Datum und Uhrzeit, Bediener, CMM-Modell und letztes Kalibrierdatum, Tasterkonfiguration, Umgebungstemperatur. Ein unvollständiger Kopfblock (insbesondere Revision und Temperatur) mindert die Glaubwürdigkeit des Protokolls.

2. Bezugsausrichtung

Das Bezugssystem, gegen das gemessen wurde: zum Beispiel „Bezug A: Ebene der Unterseite (12 Punkte), Bezug B: Achse der Bohrung Ø20, Bezug C: linke Kante". Es muss exakt mit den Bezügen der Zeichnung übereinstimmen; eine andere Ausrichtung liefert andere Ergebnisse (siehe unten).

3. Merkmalstabelle

Der Hauptteil des Protokolls; jede Zeile entspricht einer Stempelnummer auf der Zeichnung. Typische Spalten:

4. Form- und Lagetoleranzen

• Position: Das Doppelte der Abweichung der tatsächlichen Bohrungsachse von ihrer theoretischen Lage (Durchmessertoleranz). Steht „MMC" oder „Ⓜ" dabei, greift die Bonustoleranz: Je größer die Bohrung gegenüber dem Maximum-Material-Zustand ist, desto weiter wird die Positionstoleranz; das Protokoll kann eine Spalte „Bonus" ausweisen.
• Ebenheit: Der Abstand zweier paralleler Ebenen, die die Oberflächenpunkte einschließen; benötigt keinen Bezug.
• Rechtwinkligkeit / Parallelität: Bezogen auf einen Bezug; in der Zeile muss stehen, auf welchen.
• Zylindrizität, Rundheit: Erfordern ausreichend Punkte oder Scanning; Rundheit aus 4 Punkten ist bedeutungslos.
• Flächenprofil (Profile of a surface): Abweichung vom CAD-Modell bei Freiformflächen; meist als farbige Abweichungskarte dargestellt.

5. Zusammenfassung und Freigabe

Gesamtzahl der Merkmale, Anzahl konform/nicht konform, Ergebnis („Konform" / „Abweichungsgenehmigung erforderlich"), Unterschriften von Prüfer und Freigebendem.

Warum verändert die Bezugsausrichtung die Ergebnisse?

Gleiches Teil, gleiche CMM, andere Bezugsreihenfolge: Positionstoleranzergebnisse können sich um 0,02–0,05 mm ändern. Steht auf der Zeichnung „A|B|C", wird nach dem Prinzip 3 Punkte auf Ebene A (Ebene), dann 2 auf B (Richtung), dann 1 auf C (Lage) ausgerichtet – die 3-2-1-Regel. Weichen Lieferantenprotokoll und eigene Messung voneinander ab, ist die Ausrichtung das Erste, was zu prüfen ist; das Zweite die Temperatur, das Dritte Punktanzahl und Tasterdurchmesser.

Messunsicherheit und Entscheidungsregel

Keine Messung ist exakt. Nach ISO 14253-1 wird die Messunsicherheit bei der Konformitätsentscheidung berücksichtigt: Die Unsicherheit sollte 10 % der Toleranz nicht überschreiten (10:1-Regel), im schlechtesten Fall werden 25 % akzeptiert. Bei einem Maß mit ±0,01 mm Toleranz ergibt eine CMM-Unsicherheit von 2–3 µm ein Verhältnis von etwa 1:7–1:10, was akzeptabel ist; mit dem Messschieber (±0,02–0,03 mm Unsicherheit) lässt sich diese Toleranz nicht messen. Das Protokoll kann Werte sehr nahe an der Grenze (die letzten 10 % des Toleranzbandes) wegen der Unsicherheit als „bedingt" kennzeichnen; die Entscheidungsregel (einfache Annahme, Schutzband) sollte mit dem Kunden in der Qualitätssicherungsvereinbarung festgelegt werden.

7 Warnsignale für ein gefälschtes oder nachlässiges Protokoll

1. Alle Werte exakt auf Soll: Eine Abweichung von 0,000 bei 40 Merkmalen ist nicht realistisch; echte Messungen streuen.
2. Keine Angabe zur Bezugsausrichtung: Es ist unklar, gegen welchen Bezug die Form- und Lagetoleranzen gemessen wurden.
3. Punktanzahl nicht angegeben oder zu gering: Zylindrizität aus 3 Punkten oder Ebenheit aus 4 Punkten.
4. Keine Temperatur oder weit von 20 °C entfernt: Bei Aluminium bedeuten 5 °C Differenz 12 µm auf 100 mm.
5. Zeichnungsrevision stimmt nicht mit dem Protokoll überein.
6. Kalibrierdatum fehlt oder ist abgelaufen.
7. Nur ein Stempel „konform", keine Werte: Das ist kein Protokoll, sondern eine Erklärung.

Zusätzliche Kontrolle: Messen Sie ein Muster selbst. Gibt es bei 2–3 kritischen Maßen keine systematische Differenz, können Sie dem Rest des Protokolls vertrauen.

CMM-Protokolle in der Serienfertigung

Jedes Teil auf der CMM zu messen ist bei den meisten Teilen nicht wirtschaftlich; die typische Praxis:

• Erstmuster (EMPB): 100 % der Merkmale, 1–5 Teile.
• Serie: Statistische Stichprobe für kritische Maße (AQL oder n=5 alle X Teile), CMM oder Sonderlehren; Ergebnisse als Min/Max/Mittelwert und bei Bedarf Cp/Cpk.
• Endprüfung: Stichprobenprotokoll je Charge; im Rahmen von PPAP gemäß Control Plan.

Häufigkeit und Inhalt der Protokolle sollten in der Angebotsphase festgelegt und in den Preis einbezogen werden; den Rahmen beschreiben unsere Beiträge zu PPAP und ISO 9001.

Beim Vergleich mit eigenen Messungen

• Verwenden Sie dieselbe Bezugsausrichtung; ist sie anders, ist der Vergleich bedeutungslos.
• Lassen Sie das Teil mindestens einige Stunden bei 20 °C temperieren.
• Verwenden Sie für dasselbe Merkmal eine ähnliche Punktanzahl und einen ähnlichen Tasterdurchmesser.
• Vergleichen Sie die Differenz mit der Unsicherheit: 3 µm Differenz sind keine „Differenz", wenn sie innerhalb der Summe der Unsicherheiten beider CMMs liegen.
• Bei systematischer Differenz (alle Werte in dieselbe Richtung) liegt es an Ausrichtung oder Temperatur; bei zufälliger Differenz an Punktanzahl oder Oberflächengüte.

Häufig gestellte Fragen

Sollte ich zu jeder Charge ein CMM-Protokoll verlangen?

Bei kritischen Teilen ja (mit Stichprobe); bei einfachen Teilen reichen der Erstmusterprüfbericht und für die Serie eine Stichprobe gemäß Control Plan. Der Umfang sollte im Preis enthalten sein.

Sollte das Protokoll als PDF oder als Datendatei vorliegen?

PDF ist Standard; für die statistische Auswertung kann zusätzlich CSV/Excel oder das QDAS-Format angefordert werden.

Ist das Protokoll gültig, wenn der Lieferant keine CMM hat?

Ein mit Messschieber, Bügelmessschraube und Messuhr erstelltes Messprotokoll ist für Toleranzen ab ±0,02 mm gültig; für Form- und Lagetoleranzen sowie Toleranzen unter ±0,01 ist eine CMM oder ein gleichwertiges Gerät erforderlich.

Wann wird eine Abweichungsgenehmigung akzeptiert?

Für kleine Toleranzüberschreitungen ohne Funktionseinfluss kann der Kunde eine schriftliche Genehmigung erteilen; das Protokoll kennzeichnet dies gesondert. Die Annahme sollte für die folgenden Chargen in eine Zeichnungsänderung überführt werden.

Fazit

Zusammen mit Kopfblock, Bezugsausrichtung, Merkmalstabelle und Unsicherheitsangabe gelesen, ist das CMM-Messprotokoll der stärkste Qualitätsnachweis eines Lohnfertigers. Bei Tornelle werden Erstmuster mit vollständigem Messprotokoll anhand einer Stempelzeichnung und Serienchargen mit Stichprobenprotokoll gemäß Control Plan ausgeliefert. Wenn Sie den passenden Prüfumfang für Ihr Bauteil bereits in der Angebotsphase festlegen möchten, senden Sie Ihre technischen Zeichnungen über unser Angebotsformular; Prüf- und Dokumentationsumfang kommen mit dem Angebot.