3D-Messgeräte für anspruchsvolle Messaufgaben
Die Confovis Messsysteme bieten die Möglichkeit je nach Messaufgabe mit dem Konfokal-Messverfahren (Strukturierte Beleuchtung) sowie mit dem Arbeitsprinzip der Fokusvariation zu messen und die Daten zu fusionieren. Das ist besonders von Vorteil, wenn sich in einem Messobjekt sowohl Stellen mit geringem Kontrast (wie polierte Oberflächen) als auch steile Flanken befinden. Mit Data Fusion lassen sich die Ergebnisse beider Messungen über die Genauigkeiten der Antriebsachsen hinaus miteinander verbinden, indem spezielle Algorithmen die Datenqualität der einzelnen Messpunkte miteinander vergleichen.
Konfokal-Messtechnik und Fokusvariation in einem Scankopf
Das patentierte konfokale Messverfahren „Structurered Illumination Microscopy“ (SIM) ist doppelt robust:Erstens befinden sich keine beweglichen Teile in dem Messgerät und zweitens sind die Messergebnisse sehr robust, da optische Fehler, wie diese aus der Ungenauigkeit von Umlenkspiegeln oder Multi-Pinhole-Disks entstehen, nicht vorhanden sind. Auch andere Nachteile z.B. durch polarisiertes Licht, wie es für ein FLCoS-Display (ferroelectric liquid crystal on silicon) erforderlich ist, sind nicht vorhanden. Bei dem Confovis Verfahren wird ein Gitter phasenverschoben auf die Probe abgebildet und der Differenzkontrast ausgewertet. Der Kontrast der Abbildungen ist genau dann maximal, wenn sich die Oberfläche der Probe in der Fokuslage befindet. Um die Topographie der Probe zu bestimmen, wird der Fokus in Relation zur Oberfläche bewegt. Dabei werden optische Schnitte erzeugt, aus denen sich anschließend die 3D-Punktewolke zusammensetzt.
Konfokal-Messtechnik für Rauheitsmessungen
- Auflösung bis 3 nm
- Nahezu artefaktfreie Messergebnisse
- Flächige Messung für hohe Messgeschwindigkeit und Aufnahme der gesamten relevanten Struktur
- Umfangreiche 3D-Daten aussschließlich mit reellen Messpunkten (kein softwareseitiges Auffüllen der Messpunkte)
- Optische Abtastung mit hoher Genauigkeit (vgl. taktile Geräte)
- Geringe Kohärenz- und Speckle-Effekte (technologiebedingt)
Bei der Fokusvariation wird die limitierte Schärfentiefe ausgenutzt, um in dem Bereich der scharfen Abbildung optische Schnitte zu erzeugen.
Nur im Bereich der scharfen Abbildung ist der Kontrast maximal. Über die Variation der Fokushöhe ergibt sich die Höheninformation, die für eine 3D-Darstellung notwendig ist. Aus den Schnitten wird anschließend die 3D-Punktewolke zusammengesetzt.
Fokusvariation für Formmessungen
- Hohe Flankenwinkel messbar
- Kontur- bzw. Formmessung schnell und einfach
- Berührungslose Messung (optisches Verfahren) einsetzbar entlang der gesamten Prozess-Kette
Zwei Messverfahren über einen Strahlengang
Messdaten im globalen Koordinatensystem zusammenführen
Die Messungen mit dem Messverfahren Strukturierte Beleuchtung können auch stark reflektierende Flächen mit einer hohen Auflösung und einer hohen Messpunktedichte gemessen werden. Allerdings wird die Messpunktdichte geringer, wenn Flanken mit einem Neigungswinkel gemessen werden. Die Grenze liegt bei Neigungswinkeln von 65°. Solche Flanken (bis 85° Neigung) werden mit dem Verfahren Fokusvariation besser erfasst, allerdings ist die Messpunktedichte aufgrund der verfahrensbedingt geringeren Auflösung nicht so groß und vor allem stark reflektierende, kontrastarme Oberflächen lassen sich schlecht messen. Aus diesem Grund bietet die Kombination beider Messverfahren die Lösung für das Erfassen wichtiger geometrischer Dimensionen (Keilwinkel, Schneidkantenradius) und hochaufgelösten Rauheitsmessungen (z.B. Schartigkeit).
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Feinste Oberflächen messen - mit hochpräziser Konfokal-Messtechnik
Wenn es um die Messung von Rauheit geht, ist die Konfokal-Messtechnik im Vorteil, denn diese bietet eine optische Abtastung mit hoher Genauigkeit. Dabei können die Confovis Messsysteme im Konfokal-Modus eine Höhenauflösung von 3 nm (nach VDI 2655) und eine laterale Auflösung von 267nm (nach Rayleigh) in Abhängigkeit von der Beleuchtungswellenlänge erreichen. Das folgende Beispiel zeigt, dass mit der Konfokal-Messtechnik (Structured Illumination Microscopy) eine zuverlässige Messung möglich ist und die Oberfläche des hier gemessenen Rauheitsnormals KNT4070/03 von Halle deutlich besser aufgelöst werden kann.
Anhand eines handelsüblichen Fräsers (Artikel: YG-1, E5E50060) soll gezeigt werden, dass mit einem Messverfahren allein keine umfangreiche Werkzeuganalyse möglich ist. Für die Bestimmung von Rauheit in der Spannut kann nur die hochauflösende Konfokal-Messtechnik zuverlässige Messwerte liefern. Die Fokusvariation eignet sich nicht für Rauheitsmessungen an spiegelnden Oberflächen, sondern ist bei der Formmessung insb. von Konturen mit steilen Flanken im Vorteil.
Umfangreiche Werkzeuganalyse am Beispiel eines Gewindebohrers
Bei der Vermessung von Mikro-Werkzeugen wie Gewindebohrern oder auch bei kleinen Fräswerkzeugen nutzt der Anwender die Werkstückdrehachse in Verbindung mit dem globalen Koordinatensystem, um die relevanten Bereiche jeweils mit dem besten Messverfahren hochgenau und kompromisslos zu vermessen.
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