Optische Mikrokoordinatenmesstechnik und Rauheitsmessung

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topometric GmbH Alicona InfiniteFocus

Optische Mikrokoordinatenmesstechnik und Rauheitsmessung Alicona InfiniteFocus

Das 3D Mikrokoordinatenmesssystem InfiniteFocus von Alicona ist sowohl ein Form- als auch ein Rauheitsmessgerät. Es ermöglicht eine berührungslose, hochgenaue und extrem schnelle Messung (mit bis zu 1.7 Mio Messpunkten pro Sekunde). Die Mikrokoordinatenmesstechnik und Rauheitsmessung kommt vor allem im Werkzeug- und Formenbau, in der Mikro- und Präzisionsfertigung, der Automobilindustrie, der Medizintechnik, der Spritzgussindustrie, der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie der Elektrotechnik und der Forensik zum Einsatz.

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Bild 1: Alicona InfiniteFocus

topometric GmbH Alicona InfiniteFocus

Fokus-Variation Technische Erklärung

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Das Messsystem Alicona InfiniteFocus arbeitet mit der Fokus-Variation Technologie. Es handelt sich hierbei um ein flächenbasiertes Verfahren zur 3D-Oberflächenmessung im Mikro- und Nanobereich. Das Funktionsprinzip basiert auf der geringen Tiefenschärfe einer Optik. Die Fokus-Variation erzielt selbst bei großen Messbereichen hohe Genauigkeiten und Auflösungen bis zu 10nm vertikal. Auch Oberflächen mit steilen Flanken von bis zu 87°, welche für Mikrobauteile charakteristisch sind oder Topographien mit stark reflektierenden Komponenten, wie sie u.a. bei Verbundstoffen oder korrodierten Oberflächen vorkommen, werden mit einer Messpunktdichte von bis zu 500 Millionen Messpunkten erfasst. Die Fokus-Variation ist in der aktuellen EN ISO Norm 25178 zur flächenhaften Rauheitsmessung erfasst. Funktionsprinzip Die Hauptkomponente der Fokus-Variation basierten Messsysteme ist eine Präzisionsoptik, die diverse Linsensysteme enthält. Um Objekte mit variabler Auflösung messen zu können ist es möglich das System mit verschiedenen Objektiven auszustatten. Mithilfe eines halbdurchlässigen Spiegels wird moduliertes Licht von einer Weißlichtquelle in den optischen Pfad des Messsystems geleitet und über das Objektiv auf das Messobjekt fokussiert. Trifft

das Licht auf das Messobjekt, so wird es je nach Objektbeschaffenheit in verschiedene Richtungen reflektiert. Bei diffusen Oberflächen findet die Reflexion in alle Richtungen gleichmäßig, bei spiegelnden Topographien hauptsächlich nur in eine Richtung statt. Alle ausgehenden Lichtstrahlen, die auf das Objektiv treffen, werden mithilfe der Optik gebündelt und treffen auf der Rückseite des Spiegels auf einen lichtempfindlichen Sensor. Aufgrund der geringen Schärfentiefe des Systems werden immer nur kleinere Bereiche des Objektes scharf abgebildet. Um eine 3D Messung und die Erzeugung eines Farbbildes mit durchgehender Schärfentiefe zu ermöglichen, ist es notwendig, den Sensorkopf entlang der optischen Achse vertikal so zu verschieben, dass der Schärfebereich über die Topographie des Messobjektes variiert.

Bild 2: Fokus-Variation

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Die Tiefenauswertung erfolgt gemäß folgendem Schema: Zunächst wird für jeden Objektpunkt, der vom Sensor erfasst wurde, ein Schärfemaß berechnet. Anschließend wird die Variation der Schärfemaße analysiert, um daraus die Z-Position der Objektpunkte zu berechnen. Parallel zu den topographisch erfassten Höhendaten wird ein Farbbild mit durchgehender Schärfentiefe erzeugt. Jeder Sensorposition werden dabei jene Werte zugeordnet, die während des Scan-Verfahrens entlang der optischen Achse der schärfsten Z-Position entsprechen. Bild 3: verschiedene Objektive

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Alicona InfiniteFocus

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Technische Spezifikationen

Mögliche Messungen

Bei dem Alicona InfiniteFocus Messsystem können je nach Oberflächenbeschaffenheit bzw. Messaufgabe sechs verschiedene Objektive von 2,5-facher bis 100-facher Vergrößerung gewählt werden. Je nach gewähltem Objektiv können unterschiedliche Auflösungen (lateral und vertikal) erreicht werden.

Klassische Rauheitsmessung, profilbasierte Rauheitsmessung nach ISO 4287, 4288

Informationen zum Messobjekt

• Max. Gewicht des Bauteils: 30kg • Geeignete Materialeigenschaften: glänzend, diffus, spiegelnd, matt, geschliffen und rau • Nicht geeignet: transparente Materialien (z.B. Glas) oder lichtdurchlässige Kunststoffe

Objektive 2,5x 5x

10x 20x 50x 100x

Feinste laterale Auflösung µm

7,04 3,52

1,76 0,88 0,64 0,44

Beste vertikale Auflösung nm

2300 410

100

10

Max. Scan Höhe

mm

8 22,5 16,5 18 10 4

Messfeld X, Y

mm

5,63 2,82 1,62 0,81 0,32 0,16

Messablauf einer Rauheitsmessung Messung

*Formabzug

Profilrauheit

Anpassung der Referenzebene

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Es ist möglich die Rauheit über die gesamte Fläche zu messen. Gemessen werden sämtliche gängigen Parameter wie die Traglastflächenkurve, fraktale Dimension, Autokorrelation sowie Gradienten- und Spektralverteilung. Durch das Einpassen von Regelgeometrien wird die Form vom gemessenen Datensatz abgezogen. Daraus resultiert ein Primärdatensatz von dem durch die Wahl eines geeigneten Lc-Filters die Rauheit und Welligkeit vom 3D Datensatz separiert werden kann.

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Messung der Oberflächentextur, Flächenbasierte Rauheitsmessung nach ISO 25178, ISO 12781-1 und ASME B46

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Größere Messbereiche und die Messung eines Bauteils aus mehreren Perspektiven werden mittels der Real3D Technologie umgesetzt, mit der Einzelmessungen aus verschiedenen Perspektiven zu einem vollständigen 3D Datensatz fusioniert werden. Hochpräzise und kalibrierte Kipp- und Rotationsachsen ermöglichen die vollautomatische, wiederholgenaue und rückführbare Messung von Form und Rauheit am gesamten Messobjekt.

• Max. Höhe des Bauteils: 100mm bis 345mm

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Messungen von Hinterschneidungen

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Bild 4: Alicona Messsystem mit Kipp- und Rotationsachsen

Messung von Rauheit und Welligkeit bei Oberflächen mit einer Vorzugsrichtung oder bei gedrehten Bauteilen. Entsprechende Oberflächenparameter inklusive Traglastflächenkurve und/oder Spektralanalyse werden statistisch erfasst und grafisch visualisiert.

Wahl des Messmoduls

*Formabzug: Die geometrische Form wird aus einer Messung entfernt. Die Rauheit bleibt erhalten.

Flächentextur

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Praxisbeispiele Alicona InfiniteFocus Profil-Formmessung, Formanalyse entlang eines benutzerdefinierten Profils Radien, Winkel, Höhenstufen, Normaldistanzen etc. können nach ISO 5436 gemessen werden. Die Profilformmessung wird weiter zur Messung von Form, Radius, Ellipse, Keilwinkel sowie Positiv- und Negativfase von Schneidkanten eingesetzt. Außerdem ist es möglich mit dem gemessenen Datensatz Form-und Lagetoleranzen nach ISO 1101 auszuwerten. Rauheitsmessung unterschiedlich bearbeiteter Oberflächen Untersucht werden unterschiedlich bearbeitete Oberflächen von zwei Probestücken aus gleichem Material. Als Ergebnis ist das Oberflächenmodell als 3D-Ansicht mit Falschfarben dargestellt. Deutlich zu erkennen sind die unterschiedlichen Strukturen der zwei Proben. Das Ergebnis der Rauheitsmessung ist im Profil mit den entsprechenden Rauheitswerten (Ra, Rq und Rz) dargestellt. Schneidkantenmessung (z.B. im Werkzeugbau)

Probestück 1:

Mit dem integrierten Messmodul EdgeMasterModule ist eine vollautomatische Messung von Schneidkanten möglich. Die wichtigen Parameter wie Radien, Freiwinkel (α), Keilwinkel (β), Spanwinkel (γ), Kantensymmetrien (K) und Negativ- bzw. Stützfasen können mit diesem Messmodul gemessen werden. Durch die Ellipsenmessung kann die exakte, wahre Kantenform eines Werkzeugs ermittelt werden. Zusätzliche Messoptionen wie die Rauheitsmessung, Messung von Kantenbrüchen und Messung von Schartigkeit der Schneidkanten sind möglich.

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Probestück 2:

Weitere Messungen

• Konturmessung • Differenzmessung • 3D Formmessungen • Auswertung von 2D Geometrien • Volumen

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Rauheitsmessung - Beschichtungsanalyse

Schneidkantenmessung

Das zu untersuchende Bauteil ist mit einer speziellen Beschichtung präpariert. Die Rauheit der Beschichtung ist mit einer bestimmten Profilbreite gemessen. Die Struktur der Beschichtung ist in der 3D-Ansicht mit Falschfarben deutlich zu erkennen.

In folgendem Beispiel ist eine Schneidkante mit Stützfase im EdgeMasterModule gemessen und ausgewertet. Die Kantenparameter werden in rechtwinklig zur Schneidkante definierten Profilen automatisch gemessen.

Flächenbasierte Rauheitsmessung Rauheiten können nicht nur im Profil, sondern auch an der gesamten erfassten Oberfläche gemessen werden. Als Ergebnis werden Oberflächentexturparameter (Sa, Sq, Sz,…) und statistische Kennwerte dargestellt.

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Formmessung Im folgenden Beispiel ist ein Bauteil mit einer Prägung im Mikrometerbereich zu sehen. Die Radien der Übergänge und die Tiefe der Prägung sind im Profil ausgewertet.

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Ansprechpartner: Stefan Findeis

Thomas Reyer

[email protected]

[email protected]

Abteilungsleiter Optische Messtechnik

topometric GmbH Wilhelm-Zwick-Straße 7 73035 Göppingen Tel.: +49 7161 65493-20 Fax: +49 7161 65493-90 www.topometric.de [email protected]

Sales Manager

topometric GmbH Mikrokoordinatenmesstechnik

Mikrokoordinatenmesstechnik Technische Ausstattung

Typ

Alicona InfiniteFocus G5

Anzahl

1

Max. Höhe des Bauteils

100mm bis 345mm

Max. Gewicht des Bauteils

30kg

Geeignete Materialeigenschaften

glänzend, diffus, spiegelnd, matt, geschliffen und rau

Nicht geeignet

transparente Materialien (z.B. Glas) oder lichtdurchlässige Kunststoffe

Bei dem Alicona InfiniteFocus Messsystem können je nach Oberflächenbeschaffenheit bzw. Messaufgabe sechs verschiedene Objektive von 2,5-facher bis 100-facher Vergrößerung gewählt werden. Je nach gewähltem Objektiv können unterschiedliche Auflösungen (lateral und vertikal) erreicht werden.

01 Objektive 2,5x 5x 10x 20x 50x 100x Feinste laterale Auflösung

µm

7,04

3,52

1,76

0,88

0,64

0,44

Beste vertikale Auflösung

nm

2300

410

100

50

20

10

Max. Scan Höhe

mm

8

22,5

16,5

18

10

4

Messfeld X, Y

mm

5,63

2,82

1,62

0,81

0,32

0,16