Keramische Dichtscheiben werden in zunehmend größeren Mengen in verschiedenen mechanischen Baugruppen als Dichtungselemente eingesetzt. Der Dichtungseffekt wird durch das Zusammenfügen von zwei polierten ebenen Keramikoberflächen erreicht. Diese Funktionsflächen müssen einer Vielzahl von geometrischen Parametern ge-nügen. Abweichungen von der vorgegebenen Geometrie werden als Fehler betrachtet. Fehlerhafte keramische Dichtscheiben sind deshalb auszusortieren, um spätere Funktionsstörungen in einer Baugruppe zu vermeiden.
L. Nyársik, K. Körner,H. Fuchs, J. Saedler,Fraunhofer IPK Institut Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik,Berlin
Die Prüfung von keramischen Dichtscheiben wird vorwiegend durch eine direkte, visuelle Kontrolle durch-geführt.
Bei angepaßter Beleuchtung und Vergrö-ßerung durch eine Lupe werden viele Fehler auf der polierten Fläche sichtbar.
Bei der Sichtprüfung mit manueller Be-wegung der Proben wird eine Prüfgeschwindigkeit von max. 15 Proben/min erreicht. Jedoch ist diese Art der Kontrolle sehr subjektiv, da die Konzentration und Ermüdung des Prüfpersonals eine besonders wichtige Rolle spielt.
Deshalb wird eine objektive, automatische Prüfmethode gesucht, die die Sichtprüfung ersetzt.
Lösungsweg
Es wurde eine neue optische Prüfmethode für Fehleruntersuchungen an polierten keramischen Dichtscheiben entwickelt.
Die keramischen Dichtscheiben wurden in 5 unterschiedlichen optischen Meßauf-bauten bezüglich der Oberflächengeometrie untersucht, zum Beispiel Rauheitsinterferometer, Schräglichtinterferometer u.a.m.
Als optimal für die Er-fassung von Fehlern inder polierten Keramik-oberfläche zeigte sich eine interferometrische Anordung nach dem Michelsonprinzip.
Für die experimen-tellen Untersuchungen wurde das Interferenz-mikroskop MIM 21 realisiert.
In Abbildung 1 werden die einzelnen Baugruppen der optischen Schaltung dargestellt. Das Interferenzmikroskop weist folgendeParameter auf: Meßfeld 16,9 x 11,2 mm¨,vertikale Auflösung 10 nm, laterale Auf-lösung 22 µm.
Die Interferenzbilder der polierten Oberfläche werden durch 5-Phasen-Schiebe-Technik ausgewertet.
Die Lösung wurde gemeinsam mit einem deutschen Keramikhersteller getestet und erfüllte die gestellten Anforderungen im industrienahen Bereich.
Ergebnisse
Durch zahlreiche Messungen im Interferenzmikroskop MIM 21 wurden 10 Fehlerklassen festgestellt, die in 3 Hauptgruppen eingeteilt werden können:
l Formfehler der polierten Oberfläche: wie z.B. Ebenheitsabweichungen, die nur interferometrisch getestet werden kön- nen;
l laterale Fehlerstrukturen: wie beispiels- weise Risse und Ritze, die eine minimale Breite von 20 µm aufweisen können;
l Materialfehler: z.B. Farbfehler, die in- nerhalb der Oberfläche liegen.
Interferometrische Fehleruntersuchungen besitzen im Vergleich zur klassischen Bildverarbeitung eine größere Sicherheit bei der Erkennung sehr schmaler Strukturen. Dabei können auch die Ebenheitsabweichungen erfaßt werden.
In Abbildung 2 wird eine Messung an einer keramischen Dichtscheibe mit Kometenfehler gezeigt, und eine entsprechende Schnittdarstellung ist in Abbildung 3 zu sehen.
Dieser Fehler kann durch eine weitere Bildverarbeitung eindeutig markiert werden. Mit der klassischen Bildverarbeitung oder durch Prüfpersonal kann dagegen der Kometenfehler kaum erkannt werden.
Diese Ergebnisse wurden in einem Prüfautomaten für keramische Werkstücke mit einem Durchmesser bis 25 mm umgesetzt. Mit diesem Prüfautomat kann eine Prüfgeschwindigkeit von 20 Proben/min erreicht werden. Durch leistungsfähigere Rechentechnik kann die Prüfgeschwindigkeit erhöht werden, Priorität der Entwicklung hatte allerdings die Objektivierung und Zuverlässigkeit der Prüfung.
Die objektive Prüfung von keramischen Dichtscheiben ermöglicht die Verringerung des Durchschlupfes von fehlerhaften Teilen. Die Auslieferung fehlerhafter Teile wird dadurch vermieden.
Literatur
/1/ Hrsg. H.-J. Warnecke und W. Dutschke. Fertigungsmeßtechnik-Handbuch für Industrie und Wissenschaft.
Springer Verlag. 1984
/2/ G. Spur, L. Nyársik, K. Körner und A. Krahn. Interferometrische Messung der Form, Welligkeit und Rauheit fein- bearbeiteter Oberflächen.
Technisches Messen 59. 1992. 11. Seiten 423-427
/3/ L. Nyársik und A. Krahn.
Interferometrische Meßverfahren als Alternative zur klassischen Bildverar- beitung.
MSR-Magazin. 1997. H.9. Seite 26
Weitere Informationen A QE 402
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