Rauheitsmessung 2D/3D
von Oberflächen
Die Rauheitsmessung dient dazu die Rauheit von Oberflächen zu bestimmen und über Kennwerte quantitativ zu bewerten. Hierzu ist die optische Rauheitsmessung die ideale Methode, da die Oberflächenmikrostruktur damit dreidimensional und somit vollständig erfasst wird. Des Weiteren wird die Oberfläche im Unterschied zum Tastschnittverfahren aufgrund der berührungslos optischen Messung nicht verändert.
Wir bestimmen als Steinbeis-Transferzentrum die Rauheit 2D/3D von Oberflächen als Dienstleistung durch und ermitteln die Kennwerte nach den entsprechenden Normen.
Kennwerte und Strukturanalysen
Eine Oberflächenstruktur setzt sich aus Rauheit- und Welligkeitsanteilen zusammen, welche die funktionalen Eigenschaften der Oberfläche (z.B. Reibung-, Verschleiß-, Dichtverhalten) bestimmen.
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 beschreiben. Dies Angebot an Kennwerten ist durch die neue Rauheitsnorm ISO 21920 nochmals erweitert worden. Die mittlere Rautiefe Rz und der Mittenrauwert Ra sind alleinig nicht dazu geeignet Oberflächenmikrostrukturen zu beschreiben. Um bestimmte Oberflächenmikrostrukturen zielgerichtet quantitativ zu beschreiben, stellen die Normen geeignete Kenngrößen zur Verfügung. Hierzu ist nachstehend ein Beispiel der Angabe der Oberflächenbeschaffenheit auf einer Zeichnung dargestellt.
Trotz des großen Angebotes an Kennwerten in den ISO Normen können nicht alle Merkmale einer Oberflächenstruktur damit bewertet 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, die mit spezielle Drallmessungen vermessen werden.
Oberflächenkennwerte 2D/3D
- ISO 4287: Pt, Ra, Rz, Rq, Rmr, Rdc, …
- ISO 13565-2: Rpk, Rk, Rvk, …
- ISO 21920-2: Pt, Ra, Rc, Rz, Rzmax, Rq, Rmc, Rmr, Wt, Wc …
- ISO 25178-2: Sa, Sz, Sq, Sdq, Smr, Sdr, Str, …
Filter, Grenzwellenlänge (cut off), Nesting Index, 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 davon ab das Primärprofils periodisch oder aperiodisch ist.
Gerne erstellen wir Ihnen ein Angebot für Rauheitsmessungen 2D/3D.
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 Filtertechnik 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 und optische Messverfahren.
Bei der taktilen Messung wird die Oberfläche als zweidimensionales Linienprofil (Tastschnitt) berührend erfasst und hieraus die 2D-Kennwerte nach ISO 4287, ISO 13565-2 und ISO 21920-2 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 nicht repräsentativ ist. Zudem ist die harte Diamantspitze nicht dazu geeignet, um empfindliche Materialien, wie z.B. Kunststoffe, zu vermessen.
Die optische Oberflächenmessung tastet die Oberflächenfeinstruktur berührungslos mit einem feinen Lichtstrahl sehr präzise 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.
