Schneidkanten optisch messen

Kantenverrundung an Gewindebohrer prüfen

An einem VHM Gewindebohrer wird die Kantenverrundung am ersten Zahn vermessen. In der Nut wird die Oberflächenstruktur gemessen und die Rauheitskenngrößen gemäß DIN EN ISO 4287/88 und DIN EN ISO 13565 sowie die Höhenparameter nach DIN ISO 25178 ermittelt.

Messgerät und Messverfahren

Die Messungen erfolgen auf dem kompakten Standard-Messsystem ConfoSurf CLV150. Ausgestattet mit dem 2-in-1-Scanmodul Confocam C1+ bietet das Messsystem zwei Messverfahren in einem System: Die Kantenverrundung wird aufgrund der hohen Flankenwinkel im Messmodus „Fokusvariation“ aufgenommen. Die Rauheitsmessungen werden konfokal  im Messmodus „Strukturierte Beleuchtung“ durchgeführt. Die Auswertung erfolgt mit der Analysesoftware MountainsMap®.

Messung der Schneidkante (1. Zahn)

Bild links:
Detailansicht des Gewindebohrers

Bild rechts:
2D-Darstellung der reellen Oberfläche mit Ausschnitt zur Bildung einer Profilserie (weiß gestreift)

Es wurde eine Profilserie (grau) aus 500 Einzelprofilen inkl. Durchschnittsprofil (grün) erstellt, um die relevanten Kantenparameter zu ermitteln. Anhand der Profilserie ist zu erkennen, dass die Spanfläche tiefe Schleif-Riefen enthält. Es zeigen sich Erhebungen und Vertiefungen mit Höhenunterschieden von bis zu 3,8 µm (peak-to-valley).

Auswertung der Schneidkanten-Parameter

Ermittlung der Schneidkantenparameter am Durchschnittsprofil
Ermittlung der Schneidkantenparameter am Durchschnittsprofil

R = 8,55 µm  Radius der Schneidkante

β = 94,4° Keilwinkel

K-Faktor = 1,19 
Dies zeigt, dass die Schneidkante stärker zur Spanfläche gezogen ist.

Δr = 4,35 µm  Fehlhöhe
Distanz vom oberen Kantenpunkt zum Geradenschnittpunkt

sγ= 20,8 µm  Distanz vom Ablösepunkt der Spanfläche zum Geradenschnittpunkt

sα = 17,5 µm  Distanz vom Ablösepunkt der Freifläche zum Geradenschnittpunkt

Auswertung gemäß DIN EN ISO 4287/88 und DIN EN ISO 13565

Da die Oberfläche eine Vorzugsrichtung hat, wie sie beim Schleifen entsteht, wird 90° zur Bearbeitungsrichtung gemessen. Die aus einem Profilschnitt gewonnenen Amplituden-Parameter nach ISO 4287/88 und DIN EN ISO 13565 ermöglichen die Bewertung der Oberfläche nur in eingeschränktem Maße, da sie jeweils nur entlang einer Linie ermittelt werden. Strukturbestandteile, die außerhalb dieser Linie liegen, bleiben dabei unberücksichtigt. Dies kann zu Fehlbewertungen führen. Deshalb wird mit der Analyse-Software MountainsMap® eine Profilserie über den gesamten gemessenen Oberflächenabschnitt erzeugt. (Bild oben rechts: Intensitätsdarstellung der Oberflächenstruktur in der Nut. Die Form wurde entfernt und ein S-Filter von 2,5 µm angewendet.)

Primärprofil-Serie, dass  aus einer Serie von 1000 horizontalen Profilschnitten erzeugt wurde.
(grün: Durchschnittsprofil; grau: Hüllprofil sämtlicher gemessener Profile)

Anhand dieser Profilserie werden die Minimal-, Maximal- und Mittelwerte sowie die Standardabweichung berechnet. Somit lässt sich ablesen, wie stark die ermittelten Werte über die gemessene Fläche hinweg variieren.

Flächenhafte Auswertung (Sa-Parameter) gemäß DIN EN ISO 25178

Höhenparameter nach DIN EN ISO 25178 werden aus den kompletten Messdaten des optisch eingescannten Texturbereiches berechnet und ermöglichen somit eine flächenhafte Bewertung der Mikrotopografie im Messbereich.

3D-Darstellung der gemessenen Oberfläche
S-L-Oberfläche, Nesting-Index 0,25 mm

Zur Bestimmung der Rauheit nach DIN EN ISO 25178 wird ein S-Filter von 2,5 µm angewendet, um das Messrauschen zu filtern. Anschließend wird die Form der Oberfläche entfernt. Zur Trennung von Rauheit und Welligkeit wird ein Gauß-Filter mit einem Nesting-Index von 0,25 mm gewählt.

Der Parameter Sa entspricht dem 2D-Parameter Ra und der 3D-Parameter Sq  entspricht dem 2D-Parameter Rq. Der Parameter Sz beschreibt den Abstand vom höchsten Punkt zum tiefsten Punkt (Peak to Valley) der gesamten Messfläche. Die maximale Höhe Sz kann nicht mit der maximalen Höhe des Rauheitsprofiles Rz verglichen werden, sondern mit dem Parameter Rt.

Flächenhafte Auswertung (SK-Parameter) gemäß DIN EN ISO 25178

Zur Charakterisierung verschiedener Strukturen der Oberfläche hinsichtlich ihrer funktionalen Eigenschaften wird die Flächenmaterialanteilkurve (Abbott-Kurve) verwendet. Sie beschreibt den Flächenmaterialanteil abhängig von der Tiefe einer Schnittebene durch die Oberfläche. Aus der Abbott-Kurve lassen sich Parameter ermitteln, die das Funktionsverhalten der gemessenen Oberfläche charakterisieren.