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 auszuwerten. Mit dem 2-in-1 Scan-Modul steht damit ein Messssystem für unterschiedlichste anspruchsvolle Messaufgaben  zur Verfügung. Das Modul ist sowohl im flexiblen Messsystem Confovis DUO Vario als auch im Drall- und Oberflächenmessplatz integriert.

Konfokal-Messtechnik und Fokusvariation in einem Scankopf

Confovis hat basierend auf der Konfokal-Mikroskopie (Structured Illumination Microscopy SIM) das Messverfahren der Strukturierten Beleuchtung entwickelt und patentiert. Bei diesem wird ein Gitter phasen-verschoben auf die Probe abgebildet und aufgenommen. 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.

Gitter phasenverschoben auf Probe abgebildet und anschließend Kontrastauswertung

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 mit Ausnutzung der limitierten Schärfentiefe

Fokusvariation für Formmessungen

  • Hohe Flankenwinkel messbar
  • Kontur- bzw. Formmessung schnell und einfach
  • Berührungslose Messung (optisches Verfahren) einsetzbar entlang der gesamten Prozess-Kette
3D-Oberflächenmessung von Werkzeugschneidkanten

Zwei Messverfahren über einen Strahlengang

Mit einem Scan-Modul können zwei Messverfahren gnutzt werden.

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).

Das Verfahren der Strukturierten Beleuchtung ermöglicht hochaufgelöste Messungen für Bereiche, in denen Rauheiten gemessen werden sollen.
Schneidkantenanalyse mit hochauflösender Konfokalmesstechnik
Für das Vermessen der Flanken mit Neigungswinkeln kann das Verfahren der Fokusvariation verwendet werden. Für Rauheitsmessungen ist die Punktdichte nicht hoch genug.
Messung von Wendeschneidkante mit Fokusvariation
Zusammengeführte Messdaten einer mit Fokusvariation (gelbe Punktewolke) und Strukturierter Beleuchtung, also konfokal (blaue Punktewolke) gemessenen Schneidkante eines Zerspanungswerkzeuges.
Die Kombination dieser beiden Punktewolken ermöglicht die Kombination der Vorteile beider Verfahren, wobei sich ihre jeweiligen Nachteile ausgleichen.
Confovis kann Messdaten von Konfokal-Messverfahren und Fokusvariation in einem globalen Koordinatensystem zusammenführen

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.

Auflösung des Raunormals Halle KNT 4070/03 mit Konfokalmesstechnik

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.

Rauheitsmessungen nach DIN EN ISO 4287/4288, DIN EN ISO13656 und DIN EN ISO 25178
Vermessung eines Gewindebohrers
Messung von Winkel, Radien und Schneidkantenparameter
Messung von Winkeln, Radien und Schneidkantenparametern bei Mikro-Werkzeugen