Berührungslose Messtechnik zur Prozesskontrolle

Der stetig wachsende Bedarf an präzisen mikromechanischen Komponenten und Baugruppen führt zu großen Stückzahlen in der Serienproduktion. Um den Qualitätsanforderungen gerecht zu werden, muss bereits bei der Entwicklung und der Vorserienfertigung an die Prozessüberwachung gedacht werden. Unumgänglich ist eine räumliche Vermessung und Darstellung zur Lösung komplexer Probleme in bezug auf Rauheit und Form der Teile. Zur schnellen berührungslosen Vermessung eignet sich das zygoLOT Messsystem NV 5000.

Die Messmaschine NV 5000 besteht aus einem in der Höhe (z-Achse) scannenden Weißlichtinterferometer. Dabei wird ein Interferometerobjektiv während der Messung in der Höhe verfahren. Mit dem stabilen Aufbau und seiner flexiblen Software steht erstmals eine Messmaschine zur Verfügung, die Mikroform und Rauheit messen kann.

Die Form- und Lageprüfung kleiner Baugruppenteile ist mit herkömmlichen Messtechniken, nur mittels sehr großem Zeitaufwand oder geringer Reproduzierbarkeit möglich. Die Anzahl der Messpunkte bestimmt auch hier die Aussagefähigkeit der Formbestimmung. In dem folgenden Beispiel konnten circa 1/2 Million Messpunkte gewonnen werden. Die Messzeit beträgt aufgrund der sehr hohen Scangeschwindigkeit (Messgeschwindigkeit in der Höhe) von 10,5 µm/s nur wenige Minuten. Eine Gut/Schlecht Auswahl kann das Messsystem ebenfalls vornehmen.

Die Gesamtansicht zeigt ein Bauteil, bei dem der gemittelte Höhenunterschied zwischen der unteren und der oberen Fläche mit 4,5 mm erfasst wurde. Dabei liegt die Toleranz bei 20 µm. Um diese Flächen, die tief im Bauteil liegen, kontrollieren zu können, muss mit Objektiven gearbeitet werden, die zum Beispiel eine hohe Ortsauflösung mit einem großen Arbeitsabstand (bis zu 25 mm) kombinieren. Bei der gezeigten Baugruppe mit einem Durchmesser von 20 mm wurde die obere Fläche als Referenzfläche ausgewählt. Da das Gebilde zusätzlich noch tief in einer Hohlwelle eingebaut ist, ist eine Messung mit einer Koordinatenmessmaschine nicht möglich. Außerdem ist die obere Fläche eine bewegliche Funktionsfläche, die durch eine Feder in seiner Ursprungslage gehalten wird.

Zusätzlich ist die Lage der beiden Flächen zueinander angegeben. Dazu wird eine Fläche mittels Software als Referenz- oder Ursprungsfläche gesetzt. Die Verkippung der zweiten Fläche zur ersten ist jetzt durch den Tilt und den PV (DIN ISO 1101) angegeben.

Die Referenzfläche ist als Falschfarbenhöhendiagramm, bei der einer definierten Höhe eine Farbe zugewiesen wird, dargestellt. Sie zeigt in diesem Fall deutlich die Problemzonen. Der maximale Höhenunterschied oder PV der Referenzfläche liegt hier bei 1,5 µm.

In der Fluidtechnik ist eine Konus-Kugel Kombination häufig als Dichtfläche ausgelegt. Um die sichere Funktion auch nach vielen Zyklen noch zu gewährleisten, muss der Konussitz auf Form und Rauheit überprüft werden. Die Vermessung des Konus stellt aber hohe Anforderungen an die Messtechnik. So ist eine Kontrolle durch ein Standardmikroskop oder Tastschnittgerät nicht möglich.

In der Mikroskopie führt eine starke Vergrößerung zu einem kleinem Messfeld. Der gesamte Konus kann also nur durch das Aneinanderfügen von Einzelmessungen vermessen werden, dem sogenannten Stitchen. Das Resultat ist ein räumliches Oberflächenprofil des Konus. In diesem Beispiel ist die Höhe in mm angegeben.

Um diesen Konus von circa 0,5 mm Höhe zu erfassen, ist ein entsprechender Messweg in der Höhe nötig. Das NV 5000 erfüllt mit bis zu 5 mm Messweg in der Höhe dieses Kriterium hervorragend. Besonders gut werden hier auch Fertigungsfehler sichtbar, sobald die Form zur Korrektur abgezogen wurde.

CONTROL Halle 1, 1123

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