Oberflächenmesstechnik
Was ist Oberflächenmesstechnik und wozu braucht man sie?
Die Oberflächenmesstechnik ist ein wesentlicher Bestandteil der Qualitätskontrolle in der Produktion. Sie liefert präzise Daten über die Beschaffenheit von Oberflächen, die für die Funktionalität von Bauteilen entscheidend sind. Dazu zählen Parameter wie Rauheit, Welligkeit und Traganteil, die zur Beurteilung der Oberflächenqualität verwendet werden.
Ziele der Oberflächenmesstechnik
Die Hauptaufgabe der Oberflächenmesstechnik besteht darin, die Oberflächenstruktur eines Werkstücks zu bewerten. Dabei werden Formabweichungen, Welligkeit und Rauheit untersucht, um sicherzustellen, dass die Oberflächen den vorgegebenen Spezifikationen entsprechen. Diese Untersuchungen erfolgen oft in mehreren Stufen, von groben bis zu feinen Strukturanalysen.
Wichtige Parameter in der Oberflächenmesstechnik
Ra (Mittenrauwert)
Der Mittenrauwert Ra ist der Durchschnitt der Abweichungen einer Oberfläche von einer mittleren Linie. Er misst die allgemeine Rauheit einer Oberfläche und ist einer der am häufigsten verwendeten Parameter. Ra gibt einen guten Überblick über die Rauheit, berücksichtigt jedoch nicht das volle Profil der Oberfläche, weshalb oft zusätzliche Parameter notwendig sind.
Rz (Gemittelte Rautiefe)
Die gemittelte Rautiefe Rz beschreibt den durchschnittlichen Abstand zwischen den höchsten und tiefsten Punkten im Oberflächenprofil. Rz wird häufig verwendet, um Oberflächen zu bewerten, bei denen einzelne Spitzen oder Täler besonders relevant sind, da dieser Parameter empfindlicher auf solche Ausreißer reagiert.
Rq (Quadratische Rauheit)
Rq, die quadratische Rauheit, ist ein weiteres Maß für die Oberflächenstruktur. Es berücksichtigt sowohl die Höhen als auch die Tiefen einer Oberfläche in einem quadratischen Mittelwert. Diese Berechnungsmethode führt zu einer umfassenderen Analyse als Ra, da sie größere Abweichungen vom Mittelwert besser darstellt.
Welligkeit
Die Welligkeit ist eine übergeordnete Struktur, die sich durch größere, wellenförmige Abweichungen der Oberfläche auszeichnet. Sie beschreibt die längeren, regelmäßigen Schwankungen der Oberfläche, die oft durch Herstellungsprozesse verursacht werden. Welligkeit unterscheidet sich von der Rauheit, die die feiner strukturierten Abweichungen innerhalb der Wellenprofile beschreibt.
Welligkeit spielt eine entscheidende Rolle bei der Funktionalität von Werkstücken, insbesondere bei der Passgenauigkeit und bei Kontaktflächen. So kann eine übermäßige Welligkeit beispielsweise dazu führen, dass Bauteile nicht optimal aneinander passen oder sich ungleichmäßig abnutzen.
Zur Messung der Welligkeit wird das sogenannte Wellenprofil verwendet. Dieses Profil wird aus dem Primärprofil (einer Kombination aus Rauheit und Welligkeit) extrahiert. Da der Übergang von Welligkeit zu Rauheit fließend ist, kann es zu Interpretationsspielräumen kommen, weshalb spezielle Messgeräte und -methoden erforderlich sind, um die beiden Parameter exakt zu trennen.
Traganteil (Materialanteil, Rmr)
Der Traganteil (Rmr) ist ein Maß dafür, wie viel von der Oberfläche bei einer bestimmten Schnitttiefe tatsächlich in Kontakt kommt. Ein hoher Traganteil weist darauf hin, dass die Oberfläche einen großen Teil ihrer Fläche zur Lastübertragung bereitstellt, was in mechanischen Anwendungen wie Lagern und Dichtungen besonders wichtig ist.
Messmethoden in der Oberflächenmesstechnik
Es gibt zwei Hauptmethoden zur Messung von Oberflächenstrukturen: taktile und optische Verfahren. Beide Methoden haben spezifische Vorteile und eignen sich je nach Anforderungen unterschiedlich gut.
Taktile Verfahren
Taktile Messmethoden, wie die 3D-Koordinatenmessung und das Tastschnittverfahren, nutzen mechanische Taster, um die Höhen und Tiefen der Oberfläche zu erfassen. Diese Verfahren liefern sehr genaue Ergebnisse und sind ideal für raue oder metallische Oberflächen geeignet.
Nachteil: Der Begriff Tastschnitt beinhaltet bereits die beiden Nachteile. 1. Der Messstelle muss mit dem Taster erreicht werden können. Tiefliegende Konturen oder kurze Messstrecken sind eine Herausforderung (Abweichung von der Norm oder Zerstören des Musters). 2. Im Schmitt erhält man nur ein begrenztes Bild der Oberfläche, oft sind mehrere Messungen an mehreren Stellen notwendig.
Optische Verfahren
Optische Verfahren, wie Laserscanning, Weißlichtinterferometrie und Konfokale Mikroskopie, ermöglichen eine berührungslose Messung und sind daher ideal für empfindliche Oberflächen. Diese Methoden sind besonders schnell und können auch in automatisierten Produktionsprozessen integriert werden, was sie für die industrielle Anwendung attraktiv macht.
Heute eher die Ausnahme, in Zukunft sicher die Regel.
Bedeutung der Oberflächenmesstechnik
Oberflächenmesstechnik ist ein Schlüsselfaktor in der Produktion, um sicherzustellen, dass Bauteile den gewünschten Spezifikationen entsprechen. Eine genaue Kontrolle der Rauheit, Welligkeit und des Traganteils hilft dabei, die Langlebigkeit und Funktionsfähigkeit von Bauteilen zu gewährleisten. Moderne Messmethoden ermöglichen es, diese Oberflächenparameter effizient und präzise zu überwachen und gegebenenfalls Korrekturen in der Fertigung vorzunehmen. Ein anderes Beispiel sind medizinische Implantate. Mit einer spezifischen Oberflächenbeschaffenheit kann z. B. das Knochenwachstum angeregt werden und die Heilung begünstigt werden.
