WM | RS-C – Optické, krátkokoherentní měření drsnosti

Při výrobě komponentů se kromě rozměrové přesnosti a odchylky polohy stále více zaměřuje zajištění kvality na drsnost. Funkční vlastnosti a struktury povrchů součástí musí být testovány, aby byly zajištěny vlastnosti, jako je těsnění, mazání, tření nebo opotřebení. Proto jsou mikroskopické struktury také kontrolovány na CMM a charakterizovány pomocí parametrů drsnosti.

Zveřejněno v inVISION v září 2020

Dobře známé parametry drsnosti Ra a Rz založené na profilu však poskytují pouze omezenou významnost díky metodě výpočtu. Proto je také nutné odvodit funkčně orientované parametry z naměřených dat na základě analýzy rozložení materiálu (např. Rk, Rpk a Rvk) a také zvážit 3D parametry (např. Sa nebo Sz). Ty mají jasnou výhodu oproti principu měření dotekových sond založeném na profilu díky plochému měření a lepšímu statistickému vyhodnocení. To je jeden z důvodů, proč je optika stále více přijímána v průmyslových aplikacích.

Aby bylo možné tento trend splnit v CMM prostředí, je nutné nejen určit tvarové a polohové odchylky, ale také být schopen mikroskopicky vyhodnotit kvalitu povrchu v rámci automatizovaných měřicích procesů. Pomocí CMM je vytvořena 3D reference na na geometrii součásti. Nový senzor WENZEL WM | RS-C je ideální pro použití v této popsané oblasti použití.

Obrázek 1 – Interferometr bílého světla WM | RS-C pro měření drsnosti a mikrostruktur v detailním pohledu

Pro nedestruktivní, optické měření topografií má senzor zajímavé jedinečné vlastnosti: WM | RS-C je plochý interferometr s rozlišením FULL HD (1920 X 1080), který kombinuje extrémní, vertikální rozlišení interferometru (v rozsahu nanometrů) s extrémním bočním rozlišením pouze 55 nm (objektiv 100X). Senzor je provozován buď piezoelektrickým pohonem nebo externím pohonem a dokáže opticky rozlišit nejjemnější mikrostruktury až do limitu fyzické difrakce. Takové jemné struktury nelze zdaleka detekovat destruktivními jehlami měřicí sondy kvůli Hertzovu tlaku a filtraci morfologického profilu (kvůli poměrně velkým poloměrům špičky sondy 2 až 5 μm). Díky tomu je senzor zajímavý pro mnoho aplikací, jako je měření broušených, leštěných, lamelových nebo honovaných povrchů. Aplikace z oblasti polovodičové technologie, výroby destiček, technické mikrostruktury a lékařské techniky doplňují rozsah aplikací senzoru i ve velmi náročných oblastech použití. Díky principu plochého měření umožňuje senzor také mnohem lepší statistické vyhodnocení povrchů ve srovnání s hmatovými měřicími systémy. Tyto poznatky se postupně prosazují v průmyslových aplikacích a ovlivňují i například standardizaci drsnosti (např. standardizaci 3D parametrů drsnosti).

WM | RS-C umožňuje měření a export topografií, mračen bodů a triangulovaných STL sítí s více než 4 miliony trojúhelníků na jedno měření. Naměřená data mohou být poskytnuta za dobu měření kratší než 30 sekund. Na základě naměřených dat jsou prováděny 2D a 3D analýzy drsnosti v souladu s DIN EN ISO a parametry drsnosti jsou vydávány jako protokol.

Obrázek 2: Příkladné znázornění mikroskopických povrchů měřeno pomocí nového snímače drsnosti WENZEL WM | RS-C. Vlevo nahoře: Superjemný hrubý normál. Vpravo nahoře: Standardní nastavení hloubky (drážka normální s hloubkou drážky 75 nm). Vlevo dole: Broušený hliník. Vpravo dole: Skleněná stupnice s periodickou strukturou.

Další zvláštností WM | RS-C je jeho velikost, které bylo dosaženo optimalizací dráhy paprsku: Senzor není větší než standardní chytrý telefon a lze jej rychle a snadno přizpůsobit stávajícím CMM díky rozhraní Gigabit Ethernet. Nové vyhodnocovací algoritmy umožňují měření i při vibracích stroje nebo prostředí, což slibuje obrovský potenciál, zejména ve výrobním prostředí. To umožňuje provozovat senzor na CMM, jako je WENZEL LH, WENZEL CORE nebo na ramenech robotů v dílně. Díky volitelnému CMM je také možné vytvořit globální souřadnicový vztah mezi mikroskopickou topografií a souřadnicovým systémem stroje nebo obrobku. V důsledku toho jsou možné i aplikace s více senzory v různých oborech.

Kromě technických aspektů je řídicí a vyhodnocovací software WM | RS-C  dalším ústředním prvkem praktického použití senzoru: Senzor spolupracuje se softwarem WM  |PointMaster. To poskytuje vlastní modul pro sběr dat a řízení senzorů. Kromě toho software obsahuje vlastní nástroj pro hodnocení drsnosti a hodnocení, pomocí kterého lze povrchy analyzovat na drsnost v souladu s normami. Pomocí softwaru lze na rozhraní interaktivně definovat profilové řezy a spline gradienty. V souladu s tím jsou možné analýzy drsnosti, které jdou daleko nad rámec čistě lineárních hodnocení. Mezi zavedené normy patří DIN EN ISO 16610 (pro filtraci vyhovující normám), DIN EN ISO 4287 (pro výpočet parametrů drsnosti jako Ra a Rz) a DIN EN ISO 13565 (pro výpočet parametrů založených na abbottu, jako jsou Rk, Rvk a Rpk). Kromě toho jsou bez omezení možné analyzovat měřená mračna bodů nebo sítě STL (např. mikropovrchů).