Individualität gefragt

Es gibt kaum Materialien, die sich nicht mit Messmikroskopen überprüfen ließen: Metalle, Kunststoffe, Keramiken und, und, und. Auch nicht formstabile Werkstücke, z.B. aus Gummi, können problemlos gemessen werden, denn die optische Prüfung erfolgt messkraft- und somit zerstörungsfrei. Der Markt an Messmikroskopen ist recht überschaubar. Man sollte demnach meinen, dass die Auswahl des richtigen Gerätes relativ einfach ist, zumal die meisten Lösungen in diesem Bereich Standardge-räte sind.

Weichen die Anforderungen an ein Messmikroskop hingegen im Hinblick auf ganz spezielle Mess- und Prüfaufgaben oder bauliche Details von solchen Standardlösungen ab, lassen sich Geräte von der Stange zumeist nur mit sehr hohem Aufwand modifizieren. Der Grund: Die feinmechanisch gefertigten Komponenten müssen optimal aufeinander abgestimmt sein, um exakte Ergebnisse im µ-Bereich zu liefern.

Ein Unternehmen, das diese Probleme sehr frühzeitig erkannt hat, ist die Walter Uhl technische Mikroskopie GmbH & Co. KG. Statt auf Standard-Mikroskope setzt das Unternehmen auf Lösungen in Modulbauweise. Grundlage hierfür liefern serienmäßig gefertigte Bausteine aus denen sich binnen kurzer Zeit maßgeschneiderte Messmikroskope realisieren lassen – und das auch für sehr komplexe Anwendungen.

Das Konzept Modulare Messmikroskopie setzt allerdings eine hohe Fertigungstiefe und gleichzeitig schnelle Durchlaufzeiten voraus, damit Kundenwünsche unmittelbar realisiert werden können und eine gleichbleibend hohe Qualität der Endprodukte gewährleistet ist. Daher entwickelt und fertigt man alle Komponenten und Komplettlösungen ausnahmslos am Firmensitz im hessischen Aßlar.

Ein Messmikroskop setzt sich im wesentlichen aus einem stabilen Grundkörper, einem Messtisch zur Aufnahme und Positionierung des Messobjektes sowie einem optischen System zusammen. Je nach Anwendungen kommen Videosysteme und Messsoftware hinzu. Solide Grundkörper aus massivem Grauguss, aber auch Naturstein, und Messtische mit präzisen Wälzlagerführungen sind unabdingbare Voraussetzungen für eine hohe Stabilität der Messanordnung bei gleichzeitig geringer Empfindlichkeit gegenüber kurzzeitigen Temperaturschwankungen.

Die Messtische ermöglichen durch freies Verschieben von Hand sowie mit einer Feinverstellung bzw. durch einen motorischen Antrieb eine gleichermaßen schnelle wie äußerst präzise Positionierung des Messobjektes in x- und y-Richtung sowie optional in z-Richtung. Auch die optischen Systeme basieren gemäß der modularen Philosophie aus einzelnen Bausteinen, die eine hohe Flexibilität bei Entwicklung und Umsetzung von Lösungen bieten. So verfügen alle Tubuselemente über einen quadratischen Querschnitt und ermöglichen somit eine variable Gestaltung von Tubuslänge, Strahlteilung und Umlenkung. In Verbindung mit entsprechenden Optiken lassen sich sowohl finite als auch unendliche Tubuslängen realisieren.

Alle Elemente haben zudem Gewindebohrungen, deren Anordnung im Raster sowohl auf Lochplatte, Profilschienen als auch räumlichen Aufbauten durch Verbindung vielseitige Kombinationsmöglichkeiten bieten. Für eine passgenaue und lichtdichte Verbindung sorgen Bundbuchsen. Die mittels Schrauben fixierten Elemente können für wechselnde Anwendungen erneut miteinander kombiniert werden. Die Folge: Ein hohes Maß an Flexibilität bei der Realisierung optischer Systeme.

Selbst die Objektive stellt Walter Uhl entweder selbst her oder setzt auf namhafte Hersteller. Weiterhin sind Okulare, Prismen, Strahlteiler, Filter etc. feste Bestandteile des Systems. Zur Beleuchtung des Messobjektes stehen Durchlicht, koaxiales oder schräges Auflicht zur Verfügung. C-Mount-Adapter, CCD-Kameras, Monitore und Bildverarbeitungssysteme komplettieren das modulare Produktkonzept.

Letztlich entscheidet die Anwendung bzw. das zukünftige Einsatzgebiet darüber, wie ein Messmikroskop aufgebaut ist und welche Zusatzkomponenten benötigt werden. Zur Vermessung von besonders großflächigen Messobjekten eignen sich z.B. die Portalmessgeräte aus der Serie MS. In Applikationen, in denen hohe Messgeschwindigkeiten und extreme Vergrößerungen gefragt sind, haben sich Geräte der VMM-Serie bewährt. Die mono- bzw. binokularen Mikroskope verfügen je nach Typ über Auflösungen von 0,1 bis 0,5 µm und eine Messgenauigkeit von 1,8 µm + L/100 µm (L in mm) bis 2µm + L/200 µm (L in mm). Die Messebereiche erstrecken sich von 100 x 50 mm über 150 x 100 mm bis hin zu 250 x 150 mm. Für hochgenaue Messungen besitzen die Objektive dieser Reihe einen telezentrischen Strahlengang, so dass der abgebildete Betrachtungsgegenstand selbst bei einem nicht exakt fokussierten Objekt in seiner Größe unverändert bleibt.

Welche Potentiale das modulare Konzept von Uhl im Hinblick auf individuelle Lösungen bietet, zeigen folgende Beispiele:

Der Elektronikkonzern Philips integrierte ein von Walter Uhl entwickeltes vollautomatisches Messsystem in die Fertigung von Stanzteilen. Die aus diesen Teilen gebogenen Halbzeuge dienen als Komponenten für Schermesser von Rasierapparaten. Das Messsystem basiert auf dem Standardstativ eines Messmikroskopes vom Typ MS3. Kreuz- und Drehtisch sowie der gesamte Mikroskopaufbau stammen ebenfalls aus dem modularen System. Da bei Prüfung der Stanzteile auch seitliche Messungen gefordert sind, ist das Messmikroskop mit einem Sondertubus ausgestattet. Auf dem X/Y-Tisch werden die Geometrien der flachen Stanzteile sowie der maximale Radius von 7 bis 15 kreisförmig angeordneten Messern vermessen. Der Drehtisch ist indes zur Vermessung der gebogenen Halbzeuge vorgesehen. Jeder einzelne Zahn eines Halbzeuges wird hierzu vor dem seitlichen Betrachtungstubus positioniert, wobei die von Philips geforderte Reproduzierbarkeit der Messungen maximal 2 µm beträgt. Philips nutzt zudem die Bildverarbeitungssoftware IMS von Walter Uhl.

Da zu jedem Prüfling eine Laufkarte mit Barcode gehört, kann das Programm durch Auslesen des Strichcodes das zur Prüfung jeweils erforderliche Messprogramm automatisch aktivieren. Die Messergebnisse werden von IMS in eine Textdatei geschrieben, die wiederum von einer eigenen Software von Philips ausgewertet und via Netzwerk unmittelbar an die Fertigungsanlage der Stanzteile gesendet wird. Auf diese Weise kann sofort auf Qualitätsmängel reagiert werden.

Für den Kopiererhersteller Océ entwickelte Walter Uhl auf Basis von Standardkomponenten ein Prüfsystem zur Vermessung von Trommeln für Farbkopierer. Um Toner auf eine Aluminiumwalze aufzubringen, werden in diese je vier Elektronikplatinen mit Kupferelektroden senkrecht montiert. Zur Überwachung der exakten Montage misst IMS vollautomatisch die Position der aus Kupfer bestehenden Referenzmarken zur Trommelreferenz. Hierzu blickt die Optik, deren Objektive einen besonders langen Arbeitsabstand besitzen, seitlich an der Walze vorbei auf die vorstehende Platine. Nach der Platinenmontage werden die Trommeln überdreht und das Messsystem vermisst die Krümmung der Platine entlang der Trommel in Draufsicht. Unerwünschter Nebeneffekt des Überdrehens: Das Kupfer auf der Platinenoberfläche kann verschmieren und somit die Druckqualität aufgrund vergrößerter Elektrodenflächen beeinträchtigen. Solche Verschmierungen lassen sich über das Messsystem stichprobenartig ermitteln und markieren. Zusätzlicher Pluspunkt: Durch die vollautomatische Vorpositionierung des Messsystems konnte die bislang erforderliche Messzeit um nahezu 70% reduziert werden.

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