Zum berührungslosen Vermessen von präzisen Bauteilen bieten sich jetzt zwei neue Messmaschinen an. Das Weißlichtinterferenzmikroskop NV5000 vermisst die Rauheit und Form kleiner Komponenten, während der Ebenheitstester MESA die Form von grossen ebenen Bauteilen bestimmt. Beide Systeme eignen sich zur Integration in die Fertigung. Mit ihr lassen sich Teile und Baugruppen in Sekunden räumlich vermessen.
Dipl. Ing. Frank Stanzel, L.O.T. – Oriel Darmstadt
Ebenheitsmessung
Der Ebenheitstester MESA findet sein Einsatzgebiet überall dort, wo die Form ebener Flächen schnell untersucht werden muss.
Ebene Dichtflächen von High-Tech Einspritzelementen werden im Maschinenbau als Metall-Metall Dichtung ausgelegt. Dabei kommt es zu extremen Anforderungen an die Ebenheit. Zusätzlich muss überprüft werden, ob die geschliffene und gefinishte Fläche ballig (konkav oder konvex) ist. Um weiteren Ausschuss zu vermeiden, ist eine schnelle Messung entscheidend. Deshalb muss das Messgerät direkt in die Fertigung integriert werden. Selbstverständlich muss das Instrument dazu relativ unempfindlich gegenüber Schwingungen und vor allem Temperatureinflüssen sein. Die Industrieversion des MESA ist in eine Fertigungszelle integriert und erfüllt diese Anforderung. Eine häufige Nachkalibrierung ist nicht erforderlich. Dadurch erhöht sich der Durchsatz.
Zurückversetzte Flächen konnten bis heute mit herkömmlichen Messmethoden nicht oder nur mit Hilfe einer Spezialanpassung des abtastenden Elementes bzw. der Messoptik vermessen werden. Mit dem MESA-Ebenheitstester lassen sich zurückversetzte Flächen bis zu circa 50mm Tiefe vermessen. Besonders viele solcher Dichtflächen sind im Pumpenbau zu finden, zum Beispiel im Kfz-Bereich. Das im Bild gezeigte Einspritzelement wurde innerhalb von 5Sekunden gemessen und auf dem PC – Monitor dargestellt. Dabei wurden über 15.000Datenpunkte gewonnen und die Balligkeit eindeutig bestimmt.
Mass für Balligkeit
Ein Mass für die Balligkeit ist Power, in diesem Beispiel zeigt das positive Vorzeichen deutlich die Konkavität an. Der PV (Peak-to-Valley, maximaler Höhenunterschied oder auch Rt bzw. Rmax) Wert von 0,46µm wird nach DIN ISO1101 berechnet und angezeigt.
Zusätzlich kann mit den Messdaten nach Abzug des bestpassenden Kugelkörpers die Oberflächenstruktur beurteilt werden. Der optimale Kugelkörper entspricht hierbei dem Wert Power. Mit einem Messvorgang können somit Struktur und Form des Teils bestimmt werden, wie in Bild 3 abgebildet.
Die umfangreiche Software unter dem Betriebssystem Windows NT4.0 M ermöglicht auch zweidimensionale Schnittbilder, Traganteilskurven, Histogramme, Prozeßstatistik, das Erstellen eigener Programme und vieles andere mehr.
Eine Dichtfläche mit vielen Einschnitten konnte bislang oft nur in Teilbereichen auf seine Form hin untersucht werden. Herkömmliche optische Meßsysteme versagten oft aufgrund der zu grossen Rauheit und der zu geringen Reflektivität einer Probe.
Ein Pumpengehäuse aus Aluminiumdruckguß mit geschliffener Oberfläche, Einschnitten und Aussparungen wurde mit dem MESA-Ebenheitstester leicht und per Knopfdruck vermessen. Das Ergebnis zeigt einen PV von 18,6µm. Der PV-Wert wird aus knapp 40 000Datenpunkten der gesamten Fläche ermittelt. Das Falschfarbenhöhendiagramm, bei dem einer Farbe eine Höhe zugeordnet wird, zeigt schnell und anschaulich die Geometrie des Teiles.
Bei der Messung einer Pumpe wurde vorher eine Toleranzgrenze des PV-Wertes in der Software hinterlegt. Da der gemessene PV-Wert diese Toleranz überschreitet, leuchtet das Ausgabefenster rot auf. Knapp über 68Prozent aller Messpunkte liegen innerhalb des vorgegebenen Grenzwertes, in der Abbildung als „Pts. in PV spec. (%)“ zu finden.
Rauheitsmessung
Rauheit kann mit dem NV5000 Weißlichtinterferenzmikroskop schnell und räumlich bestimmt werden. Diese Messmaschine findet ihre Anwendung vor allem in der Prozeßentwicklung und Vorserienfertigung, aber auch in der Fertigung. Durch einen patentierten Auswertealgorithmus in Kombination mit einem in der Höhe scannenden Interferometer ist diese Maschine in der Lage, nahezu alle Oberflächen zu messen.
Die Grafik Bild 5 zeigt sehr anschaulich, was durch ein Tastschnittgerät passieren kann, wenn die Auflagekraft falsch oder die Diamantspitze defekt sind. In der oberen Hälfte des Bildes sind deutliche Rattermarken einer Tastnadel zu sehen. Die Marken liegen sehr dicht zusammen, da hier eine taktile räumliche Untersuchung durchgeführt wurde. Auf diesem relativ kleinem Messfeld wurden mit dem zerstörungsfreien Meßsystem NV5000 ca. 75 000Datenpunkte gewonnen und in einem Falschfarbenhöhendiagramm dargestellt. Die Messzeit ist hier kleiner drei Sekunden.
Ein grösseres Messfeld wird durch die Wahl eines anderen Objektives oder Vergrösserung erreicht. Zur Formprüfung und Rauheitsprüfung von größeren Elementen in einem Messvorgang werden mehrere Einzelmessungen aneinandergefügt.
Ein typisches Bauteil aus einem Kfz-Einspritzsystem mit einem Durchmesser von 10mm und einer Höhe im 100µm-Bereich wurde mit dem Weisslichtinterferometer NV5000 leicht und schnell auf seine Form hin geprüft. Damit gehörten Vermutungen über die tatsächliche Form der Vergangenheit an. Die Messzeit beträgt 1,5Minuten für ca. ½Million Datenpunkte. Es wurden 6Einzelmessungen aneinandergefügt und durch Schnittbilder die Geometrie bestimmt.
CONTROL Halle 1, B 171
Weitere Informationen A QE 506
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