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Oberflächenmessung

Oberflächenmessgerät zur hochauflösenden optischen 3D-Messung von Werkzeuggeometrien

25.03.2008 | Redakteur/Autor: Udo Schnell

Die Industrie stellt bei Oberflächenmessungen hohe Anforderungen hinsichtlich Genauigkeit, Geschwindigkeit und Inline-Einsatzmöglichkeiten. Ein Oberflächenmessgerät, das diesen Anforderungen nachkommt, erzielt den Angaben zufolge selbst bei Oberflächen mit steilen Flanken und komplexen Reflexionsmustern eine vertikale Auflösung bis 10 nm.

Hochauflösendes optisches Oberflächenmessgerät zur Form- und Geometrievermessung.

Mit dem Oberflächenmessgerät Infinite-Focus sind laut Alicona auch zuverlässige Messergebnisse über große Messbereiche, also bei Oberflächen mit großen lateralen und vertikalen Scanbereichen, und bei Geometrien wie zirkulären Frässtrukturen und Werkzeugspitzen gewährleistet. Mit der optionalen Rotationseinheit misst der Anwender sogar den gesamten Umfang von rotationssymmetrischen Bauteilen, heißt es weiter.

Die Messleistungen des Oberflächenmessgeräts Infinite-Focus basieren auf dem Verfahren der Fokus-Variation. Die geringe Schärfentiefe einer Optik wird genutzt, um die Tiefeninformation einer Probe zu gewinnen.

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Dabei wird nicht nur topographische, sondern auch zusätzliche Farb-Informationen einer Probenoberfläche gewonnen, was den Angaben zufolge große Vorteile mit sich bringt und dem Anwender neue Applikationen eröffnet. Die Fokus-Variation ist im aktuellen Entwurf zur neuen ISO-Norm 25178 zur Standardisierung von optischen Messgeräten enthalten.

Oberflächenmessgerät zur Form- und Geometriemessung bei Dreh- und Fräsprozessen

Eine mögliche Applikation des Oberflächenmessgeräts ist die Form- und Geometriemessung bei Dreh- und Fräsprozessen in der Fertigung. Infinite-Focus wird dabei zur genauen und dichten Messung von komplexen Geometrien mit steilen Flanken und divergierenden Reflexionsmustern eingesetzt. Kritische Details wie Kanten, Schneidwinkel oder Krümmungsradien werden in hoher Geschwindigkeit gemessen, heißt es.

Gerade in der Zerspanung bei Prozessen wie Drehen, Schleifen oder Fräsen ist die Oberflächengeometrie der Schneidkante entscheidend für Qualitätsindikatoren wie Standzeit, Schnittgeschwindigkeiten und Spanbildung des zerspanenden Werkzeugs. Auch die Messleistung des Oberflächenmessgeräts bei stark spiegelnden Oberflächen spielt in der Qualitätssicherung eine bedeutende Rolle.

Wendeschneidplatten beispielsweise durchlaufen während der verschiedenen Produktionsstufen vom Rohling über den Stempel bis hin zur Politur stark unterschiedliche Reflexionsstufen. Während der ungesinterte Rohling matt ist, weist das polierte Endprodukt sehr starke Spiegelungen auf. Mit der Fokus-Variation kann das Oberflächenmessgerät trotz dieser divergierenden Reflexionseigenschaften Messergebnisse in derselben Genauigkeit und hohen Auflösungsdynamik erzielen.

Oberflächenmessgerät charakterisiert Verschleißerscheinungen

Wie Alicona weiter ausführt, kann das Messgerät zur 3D-Oberflächencharakterisierung von Verschleißerscheinungen an Stangpresswerkzeugen eingesetzt werden. Bei der Umformung von Aluminiumblechen oder Profilen für den Leichtbau kommt es bei der Kaltverschweißung des zu bearbeitenden Werkstücks mit dem Umformwerkzeug zu massiven Qualitätseinbußen des Werkzeugstahls. Aluminium lagert sich, bedingt durch die hohen Relativkräfte, auf dem Werkzeugstahl ab und verringert damit dessen Lebensdauer, weil durch diese Materialanlagerungen die geforderte hohe Oberflächenqualität des umgeformten Werkstücks nicht gewährleistet werden kann.

Mit dem Oberflächenmessgerät Infinite-Focus wird die Adhäsion von Werkstückmaterial auf der Werkzeugoberfläche gemessen, um die Ursache für die unerwünschte Anhaftung festzustellen. Die Ergebnisse tragen maßgeblich dazu bei, das Adhäsionsverhalten mittels Auftrag von temperaturfesten, reib- und verschleißarmen Schichtwerkstoffen auf das Werkzeug zu optimieren.

Oberflächenmessgerät übertrifft herkömmliche Analyseverfahren

Mit herkömmlichen Verfahren wie der Mikroskopie können die zu untersuchenden Werkstoffe Warmarbeitsstahl und Aluminium aufgrund der hohen optischen Ähnlichkeit nicht unterschieden werden, was auch die Ursachenklärung für die Ablagerung unmöglich macht. Mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops wäre die Unterscheidung zwar durch eine Reihe zusätzlicher Verfahren möglich, allerdings müsste das Werkzeug zerschnitten werden und wäre damit unbrauchbar.

Mit Infinite-Focus wird laut Alicona mittels Oberflächenmessung leicht, schnell und zerstörungsfrei erkennbar, warum diese Ablagerungen zustande kommen. Die hohe vertikale Auflösung von bis zu 10 nm lässt eindeutig Oberflächenriefen erkennen, die vom Herstellungsprozess des Werkstücks stammen. Mittels der 3D-Darstellung lassen sich auch die sonst kaum differenzierbaren Werkstoffe Aluminium und Stahl unterscheiden.

Die Visualisierung zeigt deutlich, dass sich der Aluminiumabrieb an den Kanten der Bearbeitungsriefen absetzt. Diese Erkenntnisse bilden die Grundlage für eine Optimierung des Herstellungsprozesses des Werkzeugs. Die zerstörungsfreie Untersuchung spart teure Versuchszeit und erhöht zudem die Messgenauigkeit.