In den heutigen Normen DIN EN ISO 4287 /88 und DIN EN ISO 13565 für Rauheitsmessungen sind Tastschnittgeräte zur Erfassung vorgeschrieben. Bei der Messung folgt eine Tasterspitze der Oberfläche senkrecht zur Bearbeitungsrichtung und bildet die Primäroberfläche ab, die anschließend gemäß der Normen ausgewertet wird. Die Messmethode ist bewährt und physikalisch einfach. Bei den optischen Messverfahren entstehen Interaktionen der Lichtwellen mit den Oberflächen - was die Komplexität wesentlich erhöht.

Umfangreiche 3D-Oberflächenanalyse mittels Konfokal-Messtechnik und Fokusvariation

Für die Erfassung der Rauheit eignet sich das konfokale Messprinzip besonders, weil es zusammen mit der guten vertikalen Auflösung, Fokusvariation, Weißlichtinterferometrie und konfokalen Verfahren eine hohe laterale Auflösung bietet. Diese ruft somit an Kanten die geringsten Störeffekte hervor. Von den konfokalen Verfahren ist das von Confovis patentierte spezielle Verfahren der „Structured Illumination Microscopy“ das physikalisch einfachste und robusteste Verfahren. Laser-Scanning-Mikroskope sind durch die Kohärenz der Laserlichtquelle klar im Nachteil. So kann Confovis auch die anspruchsvollen Raunormale wie das Normal Halle KNT 4070/03 und KNT 4058/01 inkl. der Rk Paramater nach DIN EN ISO 13565 sowie das Jenoptik Hommel-Normal RNDH2 nach DIN EN ISO 4287/4288 rückführbar auf Normale der PTB messen. Die erfolgt auch unter Anwendung der VDA 2006 (ohne Lamda s Filter).

Zusätzlich beherrscht Confovis das bewährte Messverfahren der Fokusvariation, welches bei Mikrogeometrien mit steilen Flankenwinkeln Vorteile hat.

Das robuste konfokale Messverfahren der „Structured Illumination Microscopy“ (SIM) ist kein konkurrierendes Verfahren zur Fokusvariation - vielmehr ergänzen sich beide Verfahren ideal. Dies ist inbesonders der Fall, wenn man die Daten in einer 3D Punktewolke fusioniert.

Mehrere Messaufgaben mit einem Gerät lösen

Am Beispiel eine Wendeschneidplatte soll demonstriert werden, wie mit nur einem Messgerät eine umfangreiche und zuverlässige Oberflächenanalyse durchgeführt werden kann.

Die Funktionsweise und Lebensdauer von Wendeschneidplatten wird wesentlich von geometrischen Dimensionen sowie der Schartigkeit der Schneidkante und der Rauheit auf der Spanfläche bestimmt. Um diese zu ermitteln, werden mit der optischen 3D-Messtechnik von Confovis verlässliche Messdaten auch für  spiegelnde und beschichtete Oberflächen erfasst.

Beispiel: Wendeschneidplatte

Optische 3D-Messtechnik von Confovis kommt bei der Vermessung der Oberfläche von Wendeschneidplatten zum Einsatz

Ermittlung der Schneidkantenparameter am Duchschnittsprofil

Konfokale Messtechnik und Fokusvariation kommen bei der Ermittlung der Schneidkantenparameter zum Einsatz

ß = 67,9° Keilwinkel
R = 5,4 µm Schneidkantenradius
K-Faktor = 1,08   Dieser zeigt, dass die Schneidkante zur Freifläche hin gezogen ist.
Δr = 3.9 µm Fehlhöhe
Distanz vom oberen Kantenpunkt zum Geradenschnittpunkt
Sα = 7,2 µm  Distanz vom Ablösepunkt der Freifläche  zum Geradenschnittpunkt
Sˠ = 7,8 µm  Distanz vom Ablösepunkt der Spanfläche  zum Geradenschnittpunkt

Sowohl bei den Produkten Duo Vario BASE, als auch bei TOOLinspect stehen in nur einem Messgerät zwei sich ideal ergänzende Messverfahren zur Verfügung:

Eine Auflösung im einstelligen Nanometerbereich — auch für spiegelnde Flächen — liefert das konfokale Messverfahren. Es wird deshalb für Rauheitsmessungen und für die Ermittlung der Schartigkeit von Schneidkanten verwendet (siehe unten). Um die Kontur der Werkzeugschneide zu analysieren, wird das Fokusvariationsverfahren genutzt. Dieses misst insbesondere Flächen mit Neigungswinkeln bis 85° durch das Ringlicht problemlos und erlaubt damit die Auswertung der Schneidkanten-Parameter.

Confovis arbeitet im VDI/VDE-GMA Fachausschuss 3.64 „Charakterisieren und Messen von Schneidkanten“ mit und wird die Norm in seiner Software zur Schneidkantenauswertung umsetzen, sobald der „Gründruck“ zur Verfügung steht.

Schartigkeit der Kante mittels hochauflösender Konfokal-Messtechnik ermitteln

Konfokal-Messtechnik bei Confovis Messsystemen

Das Durchschnittsprofil der Profilserie (25 Einzelprofilen) zeigt die Schartigkeit der Kante. (siehe oben)
Als Maß der Schartigkeit kann der Parameter Pt herangezogen werden. >>

Messbereiche und Datendichte je nach Bedarf

An einem weiteren Beispiel wird gezeigt, welchen Mehrwert der Kunde bei der Nutzung des hochpräzisen Konfokal-Messverfahrens in Kombination mit der für steile Flanken prädestinierten Fokusvariation bekommt.

Für den Bereich in dem es auf die Schartigkeit und die Rauheit ankommt, wird die Oberfläche konfokal gemessen. Die hohe laterale Auflösung der konfokalen Messung zeigt einen Ausbruch und die Schartigkeit auf der Schneidkante. Diese Datenqualität steht auch bei schwierig zu messenden Oberflächen, wie monokristallinem Diamant (MKD) oder Polykristallinem Diamant (PKD) sowie verschiedenen Beschichtungen zur Verfügung.

Für die Messung und Auswertung der steilen Flanken wurde die Schneidkante mit Fokusvariation mit Ringlicht gemessen (Objektiv 10x/0,30 NA). Für die Ermittlung der Geometriedaten ist die Messung gut geeignet. Auch der Schneidkantenradius kann gut ausgewertet werden. Ein Defekt in der Schneidkante ist jedoch aufgrund der geringeren Datendichte kaum ersichtlich.

 

 

Mittels Data Fusion können die Messdaten in einer Punktewolke zusammengeführt werden bevor sie ausgewertet werden.