Die ständige Weiterentwicklung von Fertigungsmaschinen erlaubt es Bauteile mit immer kleineren Toleranzen zu fertigen. Die Überprüfung solch kleiner Toleranzen in immer kürzeren Taktzeiten stellt steigende Anforderungen an die qualitätssichernde Messtechnik. Dabei soll die komplette Funktionsfläche eines Bauteils erfasst werden, um keine relevanten Details zu übersehen.

Berührend messende Verfahren - wie beispielsweise taktile Koordinatenmessgeräte - benötigen für die Charakterisierung einer Funktionsfläche oft viel Zeit. Denn flächige Messergebnisse werden aus aneinandergefügten Linienprofilen generiert, die wiederum aus sequentiell gemessenen Einzelpunkten entstehen. Aufgrund der langen Messzeiten können so nur wenige Stichproben vermessen werden. Reduziert man die Messzeit, indem die Messpunktdichte herabgesetzt wird, läuft man Gefahr bauteilbeeinflussende Details zu übersehen. Zudem führen die langen Messzeiten bei auftretenden Produktionsfehlern zu ungewollt langen Reaktionszeiten und der Bauteilausschuss ist unter Umständen sehr hoch

Kurze Messzeiten reduzieren Fertigungskosten

Bei gleichbleibender Bauteilqualität sind die Produktionskosten möglichst niedrig zu halten. Durch Häufung von Stichprobenmessungen sinkt die Reaktionszeit. Der Bauteilausschuss und die Produktionskosten werden gesenkt, ohne dabei Einschnitte bei der Bauteilqualität hinnehmen zu müssen. Der Einsatz von Messstechnik mit kurzen Messzeiten führt so zu einer Senkung der Produktionskosten. Dabei sollte auf flächige Messdaten Wert gelegt werden, um keine wichtigen Details zu übersehen. Dieses Kriterium erfüllen insbesondere optisch messende Oberflächenmesssysteme, die in steigender Zahl zur Qualitätssicherung eingesetzt werden.
Im Bereich der optischen Oberflächenmesstechnik haben sich mehrere Verfahren etabliert. Eines davon ist die Weißlichtinterferometrie. Bei diesem interferometrischen Messverfahren wird in kurzer Zeit die Ebenheit einer kompletten Funktionsfläche erfasst. Weißlichtinterferometer (WLI) bieten eine ausgezeichnete Höhenauflösung auf nahezu jeder Bauteiloberfläche. Je nach Bauteilgröße werden Systeme mit unterschiedlich großen Messfeldern eingesetzt. Man unterscheidet zwischen mikroskopisch und makroskopisch messenden WLI, wobei die Höhenauflösung unabhängig vom gewählten Messfeld ist. Mikroskopbasierte WLI besitzen kleine Messfelder. Daher müssen mehrere Einzelmessungen zusammengefügt werden (sog. „Stitching"), um Bauteile mit mehreren Zentimetern Kantenlänge zu erfassen. Dadurch steigt die Messzeit. Makroskopische WLI können auch größere Bauteile ohne Stitching zuverlässig in wenigen Sekunden erfassen. Diese Systeme sind speziell darauf ausgelegt produktionsnah oder in der Fertigungslinie Bauteiltoleranzen zu überprüfen.

Optische 3D-Messtechnik schnell und zuverlässig

Zur Veranschaulichung werden nachfolgend anhand eines Tassenstößels (Abb. 1) einige beispielhafte Auswertungen vorgenommen. Die Messergebnisse stammen von einem TopMap TMS-500 Weißlichtinterferometer der Firma Polytec. Aufgrund des großen z-Verfahrwegs von 70 mm kann der abgebildete Tassenstößel inklusive des erhöhten äußeren Kreisrings vermessen werden. Die Erfassung von Messwerten innerhalb von Vertiefungen ist ebenfalls möglich.
In Abb. 2 wird die Parallelität (451.13 µm) zwischen innerer Kreisfläche und benachbartem Kreisring ausgewertet. Aufgrund der vorliegenden flächigen Messdaten kann zudem die mittlere Stufenhöhe (363,36 µm) bestimmt werden. Eine flächige Stufenhöhenauswertung ist deutlich stabiler gegenüber Messwertausreißern. Bei Auswertung mittels Linienprofil beeinflusst die Profilposition maßgeblich den ausgewerteten Höhenwert.
Durch Ausblenden von Messwerten lassen sich einzelne Regionen grafisch höher aufgelöst darstellen. In Abb. 3 werden die zentralen Flächen einzeln betrachtet. So sind deutlich Bearbeitungsspuren sowie Formabweichungen zu erkennen. In Abb. 4 ist ein zuvor ausgeblendeter Defekt dargestellt und im abgebildeten Profilschnitt als Vertiefung erkennbar. Außerdem zeigt sich die Welligkeit der Funktionsfläche.

Reproduzierbare und bedienerunabhängige Ergebnisse

Neben kurzen Messzeiten und Zuverlässigkeit spielen in der Qualitätssicherung auch die Reproduzierbarkeit, Rückführbarkeit und Vergleichbarkeit eine wichtige Rolle. Möchte man Messergebnisse an verschiedenen Standorten miteinander vergleichen, muss sichergestellt sein, dass die Ergebnisse unabhängig vom Bediener sind. Hierzu sollten Messungen und Auswertungen automatisierbar sein. Taktraten lassen sich weiter erhöhen, indem gleichzeitig mehrere Bauteile innerhalb eines Gesichtsfelds vermessen werden. Um aufwendige Bauteilhalterungen zu umgehen wird die Lage der Bauteile von der Auswertesoftware automatisch erkannt und die hinterlegte Auswerteroutine auf die neue Bauteillage angepasst. Die hinterlegten Toleranzwerte werden softwareseitig überprüft und eine IO/NIO - Aussage getroffen. Festgelegte Messeinstellungen und Auswerteroutinen können zwischen verschiedenen Standorten ausgetauscht werden, um so vom Benutzer und Ort unabhängige Ergebnisse zu erzielen.
Die in den vorherigen Absätzen gezeigten Messergebnisse sind Beispiele für makroskopische Messungen. Polytecs TopMap WLI bieten bei kurzen Messzeiten die Sicherheit, dank flächenhafter Messergebnisse keine wichtigen Details auf Funktionsflächen zu übersehen. Die softwareseitige Bedienoberfläche lässt sich anpassen und automatisieren. Die gewonnenen bediener- und ortsunabhängigen Ergebnisse sind rückführbar und reproduzierbar.