Rauheitsmessung 2D/3D
Die Rauheitsmessung, als Element der Oberflächenanalyse, dient dazu die Mikrostruktur einer Oberfläche zu erfassen und über Kennwerte zu bewerten. Hierzu ist die optische Rauheitsmessung die ideale Methode, da die Oberflächenmikrostruktur damit dreidimensional erfasst wird und durch die berührungslose Messmethode nicht verändert, wird. Die grundsätzliche Vorgehensweise bei der Rauheitsmessung ist für optische und taktile Messmethoden gleich. Eine Oberflächenstruktur setzt sich aus Rauheit- und Welligkeitsanteilen zusammen, welche die funktionalen Eigenschaften der Oberfläche (z.B. Reibung-, Verschleiß-, Dichtverhalten) bestimmen.
Wir führen als Steinbeis-Transferzentrum Rauheitsmessungen 2D/3D von Oberflächen optisch als Dienstleistung durch und bestimmen die normkonformen Kennwerte für die Rauheit und die Welligkeit.
Kennwerte und Strukturanalysen
Neben den bekannten Rauheitswerten (mittlere Rautiefe Rz und Rauheit Ra) stellen die Normen eine Vielzahl von Kennwerten 2D/3D zur Verfügung, um zielgerichtet bestimmte Merkmale von Oberflächen durch quantitative Größen zu charakterisieren. Die mittlere Rautiefe Rz und der Mittenrauwert Ra sind nicht dazu geeignet Oberflächenmikrostrukturen zu beschreiben.
Trotz des großen Angebotes an Kennwerten in den ISO Normen können nicht Merkmale einer Oberflächenstruktur damit beschrieben werden. Das sind beispielsweise Merkmale wie Riefen, Texturen, Poren, Pickel. Diese werden durch spezielle Strukturanalysen bewertet. Weitere Strukturen, die nicht durch eine Rauheitsmesssung erfassbar sind, sind Drallstrukturen auf Wellen. Beim Drall handelt es sich um eine Oberflächenstruktur auf der Dichtfläche einer Welle, welche das Fließverhalten des abzudichtenden Fluids beeinflusst. Zur Erfassung des Dralls werden spezielle Drallmessungen durchgeführt und die Strukturen durch Drallkenngrößen quantitativ beschrieben.
Oberflächenkennwerte 2D/3D
- ISO 4287: Pt, Ra, Rz, Rq, Rmr, Rdc, …
- ISO 13565-2: Rpk, Rk, Rvk, …
- ISO 25178-2: Sa, Sz, Sq, Sdq, Smr, Sdr, Str, …
Filter, Grenzwellenlänge (cut off), Messstrecke
Die ISO konformen Messbedingungen sind Voraussetzung, um vergleichbare Ergebnisse zu erzielen und um einen Bezug zwischen Kennwert und funktionalem Verhalten der Oberfläche 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.
Gerne erstellen wir Ihnen ein Angebot für Rauheitsmessungen 2D/3D.
Messverfahren
Die Messung von Oberflächen zur Bestimmung von Rauheit, Welligkeit und Ebenheit erfolgt durch taktile und optische Messverfahren.
Bei der taktilen Messung wird die Oberfläche als zweidimensionales Linienprofil (Tastschnitt) berührend erfasst und hieraus die 2D-Kennwerte nach der ISO 4287 und der ISO 13565-2 berechnet. Die Genauigkeit der taktilen Messung reicht aufgrund des Radius der Diamantspitze jedoch oftmals nicht aus, um alle Mikrostrukturen zu erfassen. Des Weiteren wird mit einer Linienmessung nur sein kleiner Teil der Oberfläche erfasst, der oftmals nicht repräsentativ ist. Zudem ist die harte Diamantspitze nicht dazu geeignet, um empfindliche Materialien, wie z.B. Kunststoffe, zu vermessen. Bei diesen sinkt die Tastspitze in das Material ein und verfälscht das Messergebnis.
Die optische Oberflächenmessung tastet die Oberflächenfeinstruktur berührungslos mit einem feinen Lichtstrahl ab. Dadurch wird diese dreidimensional erfasst und somit vollständig erfasst. Des Weiteren können durch die berührungslose Messung auch Strukturen von weichen oder empfindlichen Materialien erfasst werden werden. Aus der 3D-Oberflächenmessung können 2D-Kennwerte und die 3D-Oberflächenparameter der ISO 25178 bestimmt werden, welche die Merkmale der Mikrostruktur komplett erfassen.
Oberflächenmessung 2D/3D
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-Oberflächenkennwerte berechnet, um die für die Funktion wichtigen Strukturen durch quantitative Größen zu beschreiben. Die Bauteiloberfläche bestimmt deren Reibungs-, Verschleiß-, Dichtverhalten sowie das optische Erscheinungsbild.
Durch die umfassende Laborausstattung im Steinbeis-Transferzentrum können Oberflächen von nahezu allen Bauteilen und Materialien 2D/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 Kennwerten zur Beschreibung von Oberflächen. Für einen vertiefenden Einblick in die Themen Rauheitswerte, Rauheitsmessung und Zeichnungsangabe führen wir jährlich das Seminar Rauheit durch und bieten auch Inhouse-Seminare an.