Form- und Rauheitsmessung mit einem Messgerät

Umfangreiche 3D Oberflächenanalyse mittels Rauheits- sowie Formmessungen

Bei den Messtechnik-Lösungen von Confovis stehen die Anwendungen im Vordergrund. Neben der Konfokal-Messtechnik, die als Strukturierte Beleuchtung von Confovis weiterentwickelt und auch patentiert wurde, steht die Fokusvariation zusätzlich als Messverfahren zur Verfügung. In der neuesten Messgeräte-Generation bietet Confovis auch beide Messverfahren in einem Messgerät an. Damit erhält der Kunde eine höchstmögliche Flexibilität und einen deutlichen Mehrwert.

Umfangreiche 3D-Oberflächenanalyse mittels Konfokal-Messtechnik und Fokusvariation

Das Konfokal-Messverfahren basierend auf der Structured Illumination Microscopy (SIM) und die Fokusvariation sind keine konkurrierenden sondern sich ergänzende Messverfahren. Mit der Fokusvariation lassen sich zum Beispiel Mikro-Geometrien am Werkzeugen sehr gut messen, weil das Verfahren auch Strukturen mit großen Akzeptanzwinkeln erfassen kann.
Oftmals ist es jedoch erforderlich, relevante Stellen mit höherer Genauigkeit zu erfassen, um beispielsweise Rauheit normgerecht bestimmen zu können. Bei Werkzeugen ist dies notwendig, um die Rauheit z.B. an der Spanfläche oder die Schartigkeit der Schneidkante zu ermitteln. Für die Rauheitsmessungen ist die Konfokal-Messung aufgrund ihrer hohen axialen Auflösung vorteilhaft. Außerdem können mit der Konfokal-Messung sogar spiegelnde Oberflächen mit hoher Reflektivität erfasst werden. 

Stößt ein Messverfahren technologiebedingt an seine Grenzen, kommt das jeweils andere zum Einsatz. Damit bietet Confovis mit dem kombinierten Messverfahren einen deutlichen Mehrwert für seine Kunden.

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

Bei diesem Beispiel erfolgten die Messungen mit dem 2-in-1-Scanmodul ConfoCam C1+. Dieses ist in der Lage zwischen zwei Mess-Modi umzuschalten. In nur einem Messgerät stehen auf diese Weise zwei Messverfahren zur Verfügung. Eine genaue Auflösung — auch für spiegelnde Flächen — liefert das konfokale Messverfahren der Strukturierten Beleuchtung. Es wird deshalb für Rauheitsmessungen und in diesem Fall für die Ermittlung des Pt-Wertes verwendet (siehe unten). Um die Kontur der Schneidkante zu analysieren, wird das Fokusvariationsverfahren genutzt. Dieses misst insbesondere Flächen mit Neigungswinkeln über 60° bis 85° problemlos und erlaubt damit die Auswertung der Schneidkanten-Parameter. (siehe oben)

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 Bereiche in der Oberfläche, an denen die Rauheit gemessen werden soll, wird die Konfokal-Messtechnik insb. die Strukturierte Beleuchtung eingesetzt. Hier wurde mit einem 50x0,80 NA Objektiv gemessen. Dank der hohen Datendichte wird die Schneidkante sehr detailgenau erfasst. Deshalb ist hier auch ein Defekt/Ausbruch zu erkennen.

Für die Messung und Auswertung der steilen Flanken wurde die Schneidkante mit Fokusvariation gemessen (Objektiv 10x0,30 NA) und in der Auswerte-Software Polyworks die Punktewolke dargestellt. Ein Defekt in der Schneidkante ist hier aufgrund der geringeren Datendichte kaum ersichtlich. Die Messdaten sind jedoch für eine Konturmessung, die zur Ermittlung von Winkeln, Radien und Abständen dient, vollkommen ausreichend.

Im globalen Koordinatensystem können die Messdaten und somit auch die Punktewolken zusammengeführt werden.