Rauheitsmessung
Die Rauheitsmessung, als Element der Oberflächenanalyse, dient dazu die Mikrostruktur einer Oberfläche zu erfassen und über Kennwerte zu bewerten. Die Oberflächenstruktur wird in Rauheit und Welligkeit unterteilt, denn diese wirken sich unterschiedlich auf die Funktion wie Reibung, Verschleiß, Dichtung, Schmierfilm uvm. aus. Aus der Rauheitsmessung bzw. Oberflächenmessung werden die Oberflächenkennwerte berechnet, um die Merkmale der Oberfläche quantitativ zu beschreiben. Hierfür steht eine große Auswahl von Rauheits- und Welligkeitskennwerten in den ISO-Normen zur Verfügung.
Wir führen als Steinbeis-Transferzentrum Messungen der Rauheit, Welligkeit und Ebenheit von Oberflächen als Dienstleistung durch, und sind als spezialisiertes Labor in der Lage nahezu alle Arten von Oberflächen und Werkstoffen 2D und 3D zu vermessen. Auch spezielle Strukturanalysen von Oberflächenmerkmalen gehören zu unserem Leistungsspektrum.
Kennwerte und Strukturanalysen
Neben den bekannten Rauheitswerten mittlere Rautiefe Rz und der Rauheit Ra gibt es eine umfangreiche Auswahl an Kennwerten 2D und 3D in den ISO-Normen zur gezielten Beschreibung von Oberflächenmerkmalen.
Nicht alle Merkmale einer Oberflächenstruktur sind durch die Oberflächenkennwerte beschreibbar. Das sind beispielsweise Merkmale wie Riefen, Texturen, Poren, Pickel. Diese werden durch spezielle Strukturanalysen bewertet, mit der die geometrischen Merkmale statistisch ausgewertet werden können.
Nicht durch eine Rauheitsmessung bewertbar sind Drallstrukturen auf Wellen. Beim Drall handelt es sich um eine Oberflächenstruktur auf der Dichtfläche einer Welle, welche das Fließverhalten des abzudichtenden Fluids beeinflusst und in Zusammenhang mit Dichtringen (z.B. WDRs) eine große Rolle spielen. Diese werden über eine sogenannte Drallmessung erfasst und anschließend durch Drallkenngrößen quantifiziert.
Filter, Grenzwellenlänge (cut off), Messstrecke
Die ISO konformen Messbedingungen sind Voraussetzung, um vergleichbare Ergebnisse zu erzielen und um einen Bezug zwischen Kennwert und Oberflächenverhalten herstellen zu können. Hierzu gehört die Wahl des richtigen Filters, der Grenzwellenlänge (cut off) und der Messstrecke. Die Festlegung der Messrandbedingungen erfolgt in Abhängigkeit von der Periodizität des Primärprofils. Wir bieten zu diesem Themenkomplex das Seminar Rauheit und Rauheitsmessung an.
Gestaltabweichungen und Messprofile
Die Rauheit und Welligkeit einer Oberfläche gehören nach DIN 4760 zu den Gestaltabweichungen eines Geometrieelementes, die der Formabweichung überlagert sind. Ein reales Messprofil einer Oberfläche setzt sich aus der Summe von Sinuswellen mit verschiedenen Wellenlängen vorstellen. Bei der Rauheitsmessung geht man den umgekehrten Weg und zerlegt das gemessene Profil mit allen Wellenanteilen in einzelne Sinuswellen, die sich durch die Wellenlänge und Amplitude voneinander unterscheiden. Dabei wird zunächst aus dem direkt gemessenen D-Profil einer Oberfläche das Primärprofil berechnet. Anschließend wird durch entsprechende Filtertechniken dieses P-Profil in kurzwellige Anteile (Rauheitsprofil) und einen langwellige Anteile (Welligkeitsprofil) zerlegt:
– Das Rauheitsprofil ergibt sich indem dieses aus dem Primärprofil mittels eines Hochpassfilters von der Welligkeit getrennt wird. Hierbei werden nur die kurzen Wellenlängen (hohen Frequenzen) durchgelassen und die langen herausgefiltert.
– Das Welligkeitsprofil ergibt sich indem dieses aus dem Primärprofil mittels eines Tiefpassfilters von der Rauheit getrennt. Hierbei werden nur die langen Wellenlängen (tiefen Frequenzen) durchgelassen und die kurzen rausgefiltert.
Messverfahren
Die Messung von Oberflächen zur Bestimmung von Rauheit, Welligkeit und Ebenheit erfolgt durch taktile oder durch optische Messverfahren.
Bei der taktilen Messung wird die Oberfläche als zweidimensionales Linienprofil (Tastschnitt) berührend erfasst und hieraus die 2D-Oberflächenkennwerte nach ISO 4287 und ISO 13565 berechnet. Die Genauigkeit der taktilen Messung reicht oftmals nicht aus, um alle Mikrostrukturen (Spitzen, Täler) zu erfassen. Des Weiteren wird mit einer Linienmessung nur sein sehr kleiner Teil der Oberfläche. Zudem beschädigt die harte Diamantspitze oftmals die feinen Oberflächenstrukturen wodurch die berechneten Kennwerte fehlerhaft sind.
Die optische Oberflächenmessung tastet die Oberflächenfeinstruktur berührungslos mit einem feinen Lichtstrahl ab. Dadurch wird diese zum einen dreidimensional erfasst und somit vollständig erfasst. Zum anderen können durch die berührungslose Messung auch die Strukturen von empfindlichen Materialien erfasst werden werden. Durch die 3D-Oberfllächenmessung können 2D-Kennwerte aber insbesondere auch die 3D-Oberflächenparameter der ISO 25178 für die Flächenrauheit bestimmt werden, welche Merkmale der Mikrostruktur komplett berücksichtigen.
Gerne erstellen wir Ihnen ein Angebot für Rauheitsmessungen an Ihren Bauteilen.
Wir führen optische Oberflächenmessungen 2D/3D durch, um die Rauheit, Welligkeit, Ebenheit und Mikrostruktur von Oberflächen zu bestimmen. Aus diesen Messungen werden die ISO-konformen 2D- und 3D-Oberflächenparameter berechnet, um die für die Funktion wichtigen Strukturen durch quantitative Größen zu beschreiben. Die Oberfläche eines Bauteils bestimmt deren Funktion (Reibungs-, Verschleiß-, Dichtverhalten) und das optische Erscheinungsbild.
Durch die umfassende Laborausstattung im Steinbeis-Transferzentrum können Oberflächen von nahezu allen Bauteilen und Werkstoffen 2D und 3D bestimmt werden. Diese Oberflächenmessungen werden hauptsächlich mit optischen Verfahren durchgeführt, um eine ausreichende Genauigkeit zu erzielen, alle Strukturen dreidimensional zu erfassen und die empfindliche Oberflächenfeinstruktur nicht zu beschädigen. Für besonders hohe Auflösungen im Nanometerbereich bestimmen wir die Oberflächenstruktur mit einem Rasterkraftmikroskop (AFM).
Gerne vermessen wir die Oberflächen Ihrer Bauteile und beraten Sie bei der Auswahl von geeigneten Kenngrößen zur Beschreibung von Oberflächen. Für einen vertiefenden Einblick in die Themen Rauheitswerte, Rauheitsmessung und Zeichnungsangaben führen wir jährlich das Seminar Rauheit durch und bieten auch Inhouse-Seminare an.