Oberflächenmessung 2D und 3D
Die Oberfläche ist das entscheidende Element eines Bauteils, denn damit wird das funktionale Verhalten bzgl. Reibung, Verschleiß, Dichtheit, Tragfähigkeit und Einlaufverhalten bestimmt sowie das optische Erscheinungsbild. Mit der Oberflächenmessung wird im Steinbeis-Transferzentrum die Oberflächenrauheit, die Welligkeit und die Ebenheit von Oberflächen bestimmt und dies bieten wir als Dienstleistung an. Nachdem durch optische Messgeräte die Oberflächenstruktur berührungslos abgetastet wurde erfolgt die Berechnung der ISO-konformen Oberflächenparameter 2D und 3D zur quantitativen Charakterisierung der Merkmale von Oberflächen.
Neben den vielfach bekannten Rauheitswerten mittlere Rautiefe Rz und Rauheit Ra bieten die Normen eine umfangreiche Auswahl an Oberflächenparametern zur gezielten Beschreibung von Oberflächenmerkmalen an. Neben der Durchführung von Oberflächenmessungen bietet unser Labor auch Beratungen bzgl. geeigneter Kennwerte zur Charakterisierung von bestimmten funktionalen Oberflächenmerkmalen an.
Kenngrößen 2D/3D
- ISO 4287: Pt, Ra, Rz, Rq, Rmr, Rmr, …
- ISO 13565-2: Rpk, Rk, Rvk, …
- ISO 25178-2: Sa, Sz, Sq, Sdq, Smr, Sdr, Str, …
Oberfläche messen
(Rauheit, Welligkeit, Ebenheit)
Die Messung der Rauheit und Welligkeit von Oberflächen erfolgt entweder durch taktile oder durch optische Messverfahren. Bei der taktilen Profilmessung wird die Oberfläche als zweidimensionales Profil (Tastschnitt) erfasst und hieraus die 2D-Rauheitswerte (Rz, Ra, Rq, Rmr, Rpk, …) berechnet. Die Genauigkeit der taktilen Messung reicht oftmals nicht aus, um alle Mikrostrukturen (Spitzen, Täler) zu erfassen. Zudem ist die harte Diamantspitze oftmals nicht nur dazu geeignet ausreichende harte Materialien zu vermessen.
Bei der optischen Oberflächenmessung wird die Oberfläche berührungslos mit einem feinen Lichtstrahl abgetastet. Durch die dreidimensionale Messung der Oberflächenstruktur werden alle Merkmale vollständig erfasst und es gehen keine Informationen, wie bei der 2D-Profilmessung, verloren. Die 3D-Messung wird mit optischen Messgeräten (z.B. Konfokalmikroskop, Weißlichtinterferometer) berührungslos durchgeführt. Dadurch können alle Mikrostrukturen mit hoher Genauigkeit erfasst und auch Oberflächen von empfindlichen Materialien gemessen werden. Aus dieser Messung werden die 3D-Oberflächenparameter (Sa, Sq, Sz, S10z, …) sowie die 2D-Rauheitswerte und Welligkeitskennwerte bestimmt. Bei optisch nicht zugänglichen Messstellen (z.B. Bohrungen) werden Negativabformungen der Oberfläche angefertigt und diese anschließend vermessen.
Mit einem Weißlichtinterferometer mit großem Messfeld wird die Ebenheit von Oberflächen mit einer hohen Genauigkeit gemessen. Das optische Messprinzip erreicht eine sehr hohe Genauigkeit mit bis zu 0.1 µm absolut über das gesamte Messfeld.
Mit der Rasterkraftmikroskopie (AFM) werden Oberflächenstrukturen mit der höchsten Auflösung aller mikroskopischen Techniken äußerst präzise gemessen. Die bei einem Rasterkraftmikroskop an einer Blattfeder befindliche Messnadel rastert die Oberfläche zeilenweise ab, i.d.R. ohne diese dabei zu berühren. Wenn die Messnadelspitze sich der Oberfläche nähert, erhöhen sich die atomaren Wechselwirkungskräfte zwischen Nadel und Oberfläche auf eine Größenordnung, die eine Auslenkung der Nadel verursacht. Mit der Rasterkraftmikroskopie werden Oberflächenmessungen (AFM), Leitfähigkeitsmessungen (C-AFM) durchgeführt sowie die Adhäsionsneigung und der E-Modul an der Bauteiloberfläche durch Kraft-Abstands-Kurven ermittelt.
Gerne erstellen wir Ihnen ein Angebot für Oberflächenmessungen.
Strukturanalysen
Die Oberflächenmikrostrukturen bestimmen das Dichtverhalten und Schmierverhalten. Dazu werden beispielsweise Texturen (Riefen, Furchen), Pickel und Poren der Oberfläche bzgl. Ausprägung und Richtung analysiert. Wenn möglich, werden diese Merkmale durch die Parameter aus den internationalen Normen quantitativ beschrieben. Jedoch ist das nicht immer möglich, so dass wir für diese Fälle die speziellen Merkmale durch sogenannte Strukturanalysen bewerten.
Messgeräte zur Oberflächenmessung
- Konfokalmikroskop
- Konfokales Laser-Scanning-Mikroskop
- Weißlichtinterferometer (WLI)
- Mobiles Weißlichtinterferometer
- Optisches Ebenheitsmessgerät
- Rasterkraftmikroskop (AFM)
Oberflächenangabe Zeichnung
Die Oberflächenangaben in technischen Zeichnungen definieren am Oberflächenzeichen die Rauheit und Welligkeit einer Oberfläche. An dem Oberflächenzeichen können weitere Angaben angeordnet werden wie z.B. die Messbedingungen für die Rauheitsmessung (Grenzwellenlänge cut off, Messstrecke ln, usw.). Diese explizite Angabe ist empfehlenswert, um sicher zu stellen, dass die Rauheitsmessung mit den richtigen Bedingungen ausgeführt wird, denn die ISO-Normen lassen hierzu Spielräume offen. Die Oberflächenangaben für Rauheit (Rz, Ra, Rmr, Rpk, Rk, …) und Welligkeit (Wt, Wpc, …) auf technischen Zeichnungen sind in der DIN EN ISO 1302 definiert. Die in den vielfältigen Kenngrößen in den heutigen ISO-Normen ermöglichen eine funktionsgerechte Charakterisierung der Oberflächenbeschaffenheit, was eine alleinige Angabe von Ra und Rz nicht vermag.
Oberflächenangabe mittlere Rautiefe nach 16% Regeln und Kernrautiefe nach Höchstwertregel