Die Ansprüche an Industrieprodukte steigen. So arbeiten moderne Dieselmotoren mit sehr hohem Druck, um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen und möglichst wenig Schadstoffe abzugeben. Die Folge ist, dass in den Einspritzsystemen ein Druck von mehr als 2000 bar wirkt. Die Komponenten dieser Systeme müssen daher mit extrem hoher Präzision gefertigt und die Oberflächen so eben sein, dass sie hermetisch schließen. Viele Hersteller von Einzelteilen und Baugruppen stehen vor immer höheren Anforderungen an die Maß- und Oberflächengenauigkeit ihrer Produkte. Um deren Qualität garantieren zu können, müssen die Hersteller sehr präzise arbeitende Messsysteme einsetzen, die außerdem leistungsstark und wirtschaftlich sein sollen.
Dipl.-Ing. Konrad Dengler, Fachjournalist, Großenseebach
Ein derartiges System ist das vom Prüfsystemhersteller ZygoLOT entwickelte opto-elektronische Messsystem New View 5000, mit dem ein Prüfobjekt gemessen und fast zeitgleich auf einem Bildschirm in verschiedenen Ansichten gezeigt wird. Form, Oberfläche und Rauhigkeit können im wahrsten Sinn des Wortes auf einen Blick beurteilt werden.
Scharf und weit sehen
Wer mit Mikroskopen arbeitet, kennt das Problem: Je genauer ein Bereich angesehen werden soll, umso kleiner wird das Blickfeld. Aus physikalischen Gründen ist es oft unmöglich, dass Objektive eine größere Oberfläche scharf abbilden können. Das Hantieren mit unterschiedlichen Objektiven, erst recht aber das Betrachten eines Prüfobjekts mit Hilfe unterschiedlicher Messsysteme, beeinträchtigt die Gesamtbeurteilung eines Prüfobjekts und kostet viel Zeit. Hinzu kommt, dass der Umgang mit Messwerten und abstrakten Zahlen anstrengend ist. Eine ideale Lösung für derartige Prüfaufgaben bietet das Prüfsystem New View 5000 von ZygoLOT.
Es ermittelt nicht nur Zahlenwerte, sondern erstellt aus ihnen auch eine räumlich wirkende Gesamtdarstellung des Prüfobjekts sowie beliebige Detailansichten. Sämtliche Darstellungen können somit gleichzeitig „mit einem Blick“ betrachtet und begutachtet werden.
Funktionsprinzip
Niew View 5000 ist ein scannendes Weißlichtinterferenz-Mikroskop, das mit gefiltertem Weißlicht arbeitet und die gesamte Oberfläche eines Prüfobjekts quantitativ erfasst. Während der Messung wird das Objektiv in der Höhe (Z-Richtung) um eine vorher festgelegte Weglänge verfahren, wobei der Interferenzfokus vertikal über die Oberfläche wandert. Das von der Objektoberfläche reflektierte Licht interferiert mit dem Licht einer Referenzfläche.
Das Messsystem arbeitet mit Scan-Höhen von 150 µm bis 5 mm in Z-Richtung und kann Messgeschwindigkeiten von bis zu 10,5 µm/s erreichen.
Die vertikale Auflösung beträgt 0,1 nm. Die erfassten Daten werden von der unter Win-dows NT 4.0 arbeitenden, einfach zu bedienenden Software MetroPro von ZygoLOT ausgewertet, wobei ein von ZygoLOT patentierter Auswerte-Algorithmus zum Einsatz kommt.
Prüfobjekte und ihre Darstellung
Das Messsystem eignet sich für Proben aus praktisch allen Werkstoffen, wobei der Oberflächenzustand unerheblich ist. Eine Präparation der Proben ist nicht nötig. Sofort nach der Messung wird die Oberfläche des Prüfobjekts dreidimensional auf einem Bildschirm dargestellt. Verschiedene Höhenlinien können farbig markiert werden. Gleichzeitig kann eine Draufsicht mit farbig gekennzeichneten Höhenbereichen wiedergegeben werden. Außerdem kann der Benutzer beliebig Schnitte durch das Prüfobjekt legen und erhält dann die jeweiligen Profilansichten als zweidimensionale Seitenansicht. Als weitere Messergebnisse werden die verschiedenen Rauhigkeits- und Welligkeitsparameter, Flächen, Winkel, Volumina, Radien sowie andere Parameter in Zahlenwerten angegeben. Die Messergebnisse, statistische Auswertungen und auch die graphischen Darstellungen lassen sich in verschiedenen Dateiformaten ausdrucken. Auch eine Q-DAS-Anbindung ist möglich.
Prüfbeispiel: Maschinenbauteile
Nicht nur im Dieselmotorenbau sondern über-all im Maschinen- und Automobilbau werden Komponenten verlangt, deren Oberflächen hohe Ansprüche erfüllen müssen. Hierzu gehören auch Konen, deren Oberfläche als Dichtfläche ausgelegt ist. Da die sichere Funktion von deren Qualität abhängt, muss der Hersteller Form und Rauheit überprüfen, um eine sichere Funktion zu gewähren. Wegen der immer kleiner werdenden Abmessungen der zu prüfenden Bauteile – oft ist der nötige Messabstand schon größer als das Bauteil –, sind für derartige Messungen konventionelle Messgeräte häufig überfordert.
Zum Messen mit dem New-View-Verfahren sind Messobjektive vorhanden, die über einen relativ großen Arbeitsabstand von bis zu 23 mm mit hoher Auflösung arbeiten. Größere Flächen können ebenfalls vermessen werden, wenn zahlreiche Einzelmessungen aneinandergefügt werden.
Beispiel: Textur-Bleche und Tiefziehwerkzeuge
Textur-Bleche haben eine spezielle Oberflächenstruktur aus winzigen Vertiefungen, die beim Walzen gezielt eingebracht werden. Die Vertiefungen sollen die zum Umformen nötigen Schmiermittel aufnehmen und während des Umformens eine gleichmäßige Schmierung gewähren.
Um die Qualität eines derartigen Bleches beurteilen zu können, ist es wichtig, rasch zuverlässige Aussagen über die Anordnung und Verteilung der „Schmiertaschen“ wie über die tragenden Anteile der Blechoberfläche zu erhalten.
Mit dem New View 5000 kann die Güte des Bleches anhand einer Bildschirmdarstellung quantitativ bestimmt werden. Eine derartige Messung benötigt wenige Sekunden, während eine ähnlich aussagekräftige Messung mit einem Tastschnittgerät einige Stunden erfordert.
Für Verschleißuntersuchungen an Tiefziehwerkzeugen sind Messreihen nötig, die mit herkömmlichen Messmethoden sehr viel Zeit beanspruchen. Beim Einsatz von New View 5000 konnte der Messzeitaufwand von bislang zwei Stunden auf nur eine halbe Minute verringert werden.
Weitere Einsatzmöglichkeiten
Das Messsystem New View 5000 ist für die Form- und Oberflächenmessungen kleiner Bauteile in Einzel- wie Serienprüfung vorgesehen.
Es kann eingesetzt werden, um Ebenheits-, Rundheits-, Rauhigkeits- und Verschleißmessungen durchzuführen, und eignet sich daher für alle Industriebranchen, in denen kleinformatige Teile mit hoher Präzision gefertigt werden.
Das Messsystem lässt sich einfach bedienen, arbeitet mit kurzen Taktzeiten und hilft nicht zuletzt auch, Maschineneinstellungen, falls erforderlich, rasch zu korrigieren und kostspieligen Ausschuss zu vermeiden.
CONTROL, Halle 1, Stand 1123
Weitere Informationen A QE 400
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