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Die Beschaffenheit technischer Oberflächen ist maßgebend für deren jeweiligen Funktionseigenschaften und hat so einen entscheidenden Einfluss auf die Parameter des Gesamtsystems. Die Rauheit (früher auch Rauigkeit) der Oberfläche ist dabei die entscheidende Eigenschaft und wird durch eine Rauheitsmessung quantifiziert. Die Rauheit von Oberflächen beeinflusst dabei Merkmale, wie beispielsweise Gegenkörperverschleiß, Geräuschemissionen, Ölrückhaltevolumen, Gleitreibung und somit allgemein die Standfestigkeit des Systems. Die 3D-Oberflächenmesssysteme von Confovis ermöglichen mit ihrem patentierten optischen Messverfahren (Kombination von konfokaler Mikroskopie mit Fokusvariation in einem System) und der hohen Datendichte Rauheitsmessungen bis in den einstelligen Nanometerbereich.

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Um eine gleichbleibende Qualität der Oberfläche in der Produktion zu gewährleisten, werden bei der profilbasierten Rauhigkeitsmessung Parameter mit Hilfe von Tastschnittverfahren aufgenommen, mit Vorgaben aus den technischen Zeichnungen verglichen und der Fertigungsprozess gegeben falls angepasst.

Die DIN 4760 Norm bezeichnet hier die Oberflächenrauheit (früher auch Oberflächenrauhigkeit genannt) als Gestaltabweichung dritter bis fünfte Ordnung bei technischen Oberflächen. Hierbei wird ein Profil orthogonal zur Bearbeitungsrichtung vom Tastschnittgerät aufgezeichnet und mit einer Gauß-Filterung mit vorgeschriebener Cutt-Off-Wellenlänge verrechnet. Aus dem daraus resultierenden Rauheitsprofil werden profilbasierte Oberflächenparameter, wie z.B. Ra, Rz oder Rpk ermittelt.

Bei homogenen Oberflächenstrukturen ist dieses Verfahren eine robuste und etablierte Möglichkeit, um seine Prozesse überprüfen zu können. Der Analyseablauf ist in der Normen DIN EN ISO 3274 und DIN EN ISO 4287/4288 vorgegeben und beinhaltet unter anderem die festgelegte Messstrecke und Filterung mit entsprechendem λc.

Die optischen Messsysteme von Confovis messen die Rauheit von Oberflächen in ihrer Gesamtheit ohne eine taktile Abtastung. Im Vergleich zu ausschließlich profilbasierten Tastschnittgeräten, werden bei einer Rauheitsmessung neben einer Profilserie für 2D-Parameter auch vollflächige 3D-Rauheitskennwerte ermittelt. Die hierbei gewonnenen S-Parameter nach der DIN EN ISO 25178 Norm bieten eine Vielzahl neuer Auswertemöglichkeiten und charakterisieren die Funktion der Oberfläche messwertstabil.

Eine Überführung der taktilen R-Parameter alter Tastschnittgeräte hin zu den modernen S-Parametern ist dabei stets rückführbar gewährleistet. Eine große Stärke des konfokalen 3D-Oberflächenmesssystems ist die artefaktfreie Messpunktgenerierung auf unbekannten Oberflächen.

Mit dem optischen Messverfahren von Confovis können nahezu alle metallischen Oberflächen, Gläser, transparente Schichten, Keramiken, Kunststoffe und viele weitere Materialien von stark glänzend bis sehr rau erfasst werden. Zudem können Rauheitsparameter auf allen handelsüblichen Rauheitsnormalen bestimmt werden. Hierbei erhalten Sie Rauheitsparameter mit Standardabweichungen, die im gleichen Bereich liegen, wie sie bei der Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) zur Quantifizierung der Normale angegeben werden.

Im Vergleich zu herkömmlichen Tastschnittverfahren, tritt bei der Ermittlung der Rauheit der Oberfläche bei den Oberflächenmesssystemen von Confovis kein Tasterverschleiß auf. Dadurch entstehen keine laufenden Kosten für neue Taster und die teils sehr empfindlichen Oberflächen der Proben werden durch die Messung von Rauheit nicht beschädigt. Durch die höhere laterale Auflösung des Messsystems von Confovis zeigt die deutlich erhöhte Messpunktdichte zusätzliche Eigenschaften der Oberfläche auf. Die automatische Generierung von bis zu 22 Profillinien pro Einzelmessung und eine erhöhte Messpunktdichte lässt eine deutlich präzisere Aussagekraft über die Rauheit der Oberfläche zu. Die Rückführbarkeit der Rauheitsmessungen auf Normen DIN EN ISO 4287, 4288 und 13565 können jederzeit anhand von Normalen (z.B. das superfeine Raunormal der Baureihe KNT 4070/03 von HALLE) ermittelt werden. Bisher ist das Tastschnittverfahren bei profilbasierten Rauheitsmessungen der Goldstandard der PTB, den die Messsysteme von Confovis uneingeschränkt nachbilden können.

Die mit der Confovis Messsoftware gemessenen Oberflächen werden mit der Analysesoftware MountainsMap® analysiert. Auch funktionsbasierte Flächenparameter gemäß DIN EN ISO 25178 stehen hierbei zur Verfügung.

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

Zur Bestimmung der Rauheit 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.

Rückführbar auf den „Goldstandard“ der PTB
HALLE Raunormal Typ D2 nach ISO 5436-1 mit einem Rz von ca. 0,5µm

Die Ergebnistabelle zeigt die Übereinstimmung der ermittelten Rauheitsparameter aus der Norm mit denen der PTB. Die Überleitung der taktilen 2D-Rauheitsparameter zu den optischen ist uneingeschränkt möglich.

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Rauheit von Oberflächen optisch messen

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Auf Normen rückführbare Rauheitsmessung