Technologie

Rauheits-, Form- und Welligkeitsmessung mit Streulichtsensoren

Streulichtmessprinzip

Die Messung der Oberflächenrauheit ist im Gegensatz zu einer reinen Längenmessung eine komplexe Aufgabe. Traditionell wird mit einer Diamantnadel die Oberfläche abgetastet und ein Linienprofil erzeugt, aus dem in der Regel Höhenkennwerte wie Ra, Rz oder Rk bestimmt werden. Trotz ihrer weiten  Verbreitung hat diese Technologie ihre Grenzen bei sehr feinbearbeiteten Oberflächen mit Rz-Werten < 1 m und bei der Beschreibung von Funktionseigenschaften wie Reibung, Glanz oder Klebeverhalten.

Die Streulichtmesstechnik bietet besonders bei diesen Oberflächen große Vorteile, da die Oberflächenkennwerte nicht aus einem Höhenprofil gewonnen werden, sondern aus der Verteilung der Mikroprofilwinkel innerhalb der Messflecke. Je rauer die Oberfläche ist, desto größer ist die Winkelverteilung und entsprechend weiter die Streuung des zurückgestrahlten Lichts (vgl. Darstellung links). Das Messverfahren wird in der VDA 2009 für Produktionsverfahren in der Automobilindustrie empfohlen.

Oberflächenmesstechnik 4.0

Eine hohe Vibrations- und Abstandsunempfindlichkeit, qualifiziert die Streulichtmesstechnik für den direkten Einsatz in Fertigungsumgebung. Die hohe Messgeschwindigkeit ermöglicht es bis zu 100 % der Teile zu messen und mit Hilfe der entstehenden Daten Werkzeugzustände zu bewerten. Hierdurch lassen sich erhebliche Kosten im Produktionsprozess einsparen.

Informationen zu den Anwendungen

Messen von Bauteilen mit hohen funktionalen Anforderungen

Aufgrund der hohen Sensibilität des Sensorsystems eignet sich diese Technologie ideal für feinbearbeitete Oberflächen mit hohen funktionalen Anforderungen. Da Winkelinformationen aufgenommen werden, sind mit Streulichtmessungen in vielen Fällen eindeutige Rückschlüsse auf das Reibverhalten (z. B. Stick-Slip Effekte) von Oberflächen möglich.

Korrelationen zum Funktionsverhalten konnten mittlerweile an verschiedensten Bauteilen aufgenommen werden.

Formmessung mit dem Streulichtsensor

Im Makrobereich arbeitet der Sensor nach dem Deflektionsprinzip. Über den Formabweichungswinkel (M) und der bekannten lokalen Abtastlänge Dx kann die absolute Formabweichung y=f(x)  berechnet werden. Dieses Prinzip erlaubt es, Rundheitsabweichungen < 0,2 m simultan zur Rauheits- und Welligkeitsmessung zu erfassen. Die Ergebnisse der Streulichtmesstechnik sind mit denen hochpräziser Koordinatenmessmaschinen vergleichbar.

Welligkeitsmessung und FFT

Mit einer FFT (Fast Fourier Transformation) lassen sich auf der Oberfläche vorhandene Welligkeiten bis zu einer Amplitude < 0,02 m rückführbar messen. Eine OptoSurf Softwarelösung stellt die jeweiligen Amplitudenhöhen in den zugehörigen Frequenzbereichen bis zur maximal 500. Ordnung dar. Mit diesen Informationen kann über die Qualitätssicherung hinaus auch der Maschinen-Einricht-Prozess überwacht und optimiert werden.

Auf Basis produkt- und kundenspezifischer Grenzkurven werden niO-Bauteile automatisch erkannt und in Messautomaten ausgeschleust.

Flächenmessung – 3D Darstellung

Mit der Streulichtmesstechnik ist es erstmals möglich, wichtige Funktionsflächen ganzflächig zu vermessen und als 3D-Grafik darzustellen. Dies erlaubt Aussagen über die Homogenität der Bearbeitung zu treffen und gleichzeitig beim Messen der Welligkeit auch Erkenntnisse zu gewinnen, ob ein Lagersitz Geräusche verursacht oder nicht.