Es ist ein wiederkehrendes Muster: In den heißen Wochen des Jahres häufen sich Grenzfälle in der Maßprüfung. Teile, die im Frühjahr sicher innerhalb der Toleranz lagen, liegen plötzlich am Rand. Der Prozess wurde nicht geändert, das Material ist dasselbe. Häufig ist die Erklärung der Temperatureinfluss in der Messtechnik – und zwar an mehreren Stellen gleichzeitig.

Temperatureinfluss in der Messtechnik beginnt beim Bauteil

Jeder Werkstoff hat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Bei Aluminium liegt er bei etwa 23 Mikrometern je Meter und Kelvin, bei Stahl bei rund 12. Für ein 200 Millimeter langes Aluminiumbauteil bedeutet eine Erwärmung um 10 Kelvin eine Längenänderung von etwa 46 Mikrometern.

Bei einer Toleranz im Zehntelmillimeterbereich ist das vernachlässigbar. Bei einer Toleranz von wenigen Mikrometern ist es die Toleranz. Genau deshalb ist in der Messtechnik die Bezugstemperatur von 20 Grad Celsius festgelegt – und genau deshalb wird eine Messung, die in einer 32 Grad warmen Halle stattfindet, ohne Korrektur nicht vergleichbar.

Der Messaufbau dehnt sich ebenfalls

Weniger offensichtlich, aber genauso wirksam: Auch die Prüfeinrichtung besteht aus Material. Das Gestell, die Sensorhalterung, der Abstand zwischen Optik und Bauteil – alles verändert sich mit der Temperatur. Da der Abbildungsmaßstab vom Arbeitsabstand abhängt, verschiebt sich die Umrechnung von Pixeln in Millimeter.

Hinzu kommt die Eigenerwärmung der Komponenten. Kamerasensoren, Beleuchtungen und Rechner geben Wärme ab. In einer eingehausten Zelle entsteht so ein eigenes Temperaturprofil, das sich nach dem Einschalten über Minuten bis Stunden einschwingt. Messungen unmittelbar nach dem Anfahren unterscheiden sich deshalb systematisch von denen im eingelaufenen Zustand.

Und der Sensor selbst

Bildsensoren rauschen bei höherer Temperatur stärker. Für eine Anwesenheitsprüfung ist das folgenlos. Bei einer Kantenbestimmung im Subpixelbereich oder bei einer Anomalieerkennung, die auf geringe Kontrastunterschiede angewiesen ist, verschlechtert sich die Reproduzierbarkeit spürbar. Auch die Lichtausbeute von LED-Beleuchtungen sinkt mit steigender Temperatur, was den Kontrast zusätzlich reduziert.

Was eine Anlage dagegen tun kann

Temperatur mitmessen – an Bauteil und Aufbau – und die Messwerte rechnerisch auf die Bezugstemperatur korrigieren. Der günstigste und wirksamste Schritt.
Referenznormale mitführen, die im Bildfeld liegen und regelmäßig mitgemessen werden. Verschiebt sich das Normal, verschiebt sich der Aufbau – und die Korrektur ergibt sich direkt aus der Messung.
Materialien mit geringer Ausdehnung für tragende Komponenten des Messaufbaus verwenden.
Warmlaufphase einplanen und den eingeschwungenen Zustand definieren, statt ihn dem Zufall zu überlassen.
Wärmequellen entkoppeln – Rechner und Netzteile aus der Zelle heraus, Beleuchtung thermisch anbinden.

Keine dieser Maßnahmen ist aufwendig, wenn sie bei der Auslegung berücksichtigt wird. Nachträglich in einer bestehenden Anlage sind sie deutlich unangenehmer. Deshalb gehört die Frage nach dem Temperaturbereich in der Halle bei uns in die Anforderungsanalyse – gleich neben Bauteil und Toleranz.

Warum die Drift oft erst spät auffällt

Bemerkenswert an diesem Effekt ist weniger seine Größe als sein Verlauf. Die Temperatur steigt über den Vormittag langsam an und fällt zum Abend wieder ab. Die daraus folgende Messwertverschiebung ist deshalb kein Sprung, sondern eine langsame Bewegung über Stunden – und genau das macht sie schwer erkennbar.

Wer Einzelwerte betrachtet, sieht nichts Auffälliges: Jeder liegt innerhalb der Toleranz. Erst wenn die Werte über eine ganze Schicht aufgetragen werden, wird die Kurve sichtbar. Wo die Toleranz eng ist, wandert die Verteilung im Tagesverlauf an einen Rand und die Ausschussquote steigt an den heißesten Stunden – ohne dass am Prozess etwas geändert wurde.

Deshalb lohnt sich ein einfacher Test, bevor man mit der Fehlersuche im Prozess beginnt: Messwerte und Hallentemperatur über einige Tage gemeinsam aufzeichnen. Laufen beide Kurven parallel, ist die Ursache gefunden – und mit einer Korrektur meist ohne größeren Eingriff zu beheben. Der Temperatureinfluss ist damit einer der wenigen Störeinflüsse, die sich vollständig rechnerisch ausgleichen lassen.

Wenn Sie im Sommer Abweichungen sehen, für die es keine Prozessursache gibt, lohnt der Blick auf diese Größe. Sprechen Sie uns gern an.

Weiterführende Quellen: Die Bezugstemperatur von 20 °C für Längenmessungen ist in ISO 1:2022 (Bezugstemperatur 20 °C) festgelegt. Zum Temperaturverhalten von Bildsensoren sind die Kennwerte nach EMVA 1288 aufschlussreich, gepflegt von der European Machine Vision Association.