Die Oberflächentextur definiert die topografischen Merkmale einer Werkstückoberfläche einschließlich ihrer Eigenschaften wie Rauheit, Welligkeit und Lage. Solche Oberflächenparameter können die Leistung, das Aussehen, die Reibung, unter Umständen die Korrosionsbeständigkeit, das Ermüdungsverhalten und letzlich oft die Funktionalität eines Bauteils beeinflussen.
Die Oberflächentextur betrifft damit ein breites Spektrum von Produkten und Präzisionsbauteilen, sei es in industriellen Maschinen und Anlagen, medizinischen Geräten, im Automobilbau, in der Luft- und Raumfahrttechnik sowie bei Elektronik und Konsumgütern.
Definition und ISO-Normen für die Oberflächentextur
Die Oberflächenstruktur wird anhand verschiedener Parameter und Normen definiert und charakterisiert, darunter auch solche, die von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) festgelegt wurden. Zu den relevanten ISO-Normen für die Definition und Messung der Oberflächenstruktur gehören ISO 4287, 25178 und die neue ISO 21920.
ISO 4287
In dieser Norm werden Begriffe, Definitionen und Parameter im Zusammenhang mit der Oberflächenbeschaffenheit festgelegt. Sie bietet einen umfassenden Leitfaden zum Verständnis der Oberflächentextur-Terminologie und taktiler Messmethoden.
ISO 25178
Diese Norm befasst sich mit der Messung der Oberflächentextur unter Verwendung von flächenhaften (3D-) Messverfahren, wie z. B. Kontaktprofilometer, chromatisches konfokales Messgerät, Kohärenz-Scanning-Interferometrie und Fokusvariation. Sie führt Parameter wie Sa (arithmetische mittlere Höhe) und Sq (root mean square height) zur Charakterisierung der 3D-Oberflächentextur ein.
Neue ISO 21920
Diese dreiteilige Reihe ersetzt einige der zum Teil jahrzehntealten Normen, fasst Informationen zusammen und sorgt in vielen Bereichen für mehr Klarheit. Gleichzeitig findet eine Harmonisierung mit der amerikanischen ASME-Norm und der ISO 25178 für Oberflächenbeschaffenheit statt.
Charakterisierung von (3D-)Texturen mit optischer und taktiler Profilometrie
Es gibt verschiedene Ansätze zur Messung der Oberflächentextur:
- optische, berührungslose Messungen
- und taktile, linienbasierte Messungen.
Die ISO-Normen bieten einen gemeinsamen Rahmen für die Charakterisierung und Spezifikation einer Oberflächentextur, unabhängig von der verwendeten Messmethode.
Taktile Messung der Oberflächentextur
Bei taktilen Oberflächenprofilmessgeräten wird die Oberfläche des zu messenden Materials mit einem Taststift oder einer Sonde physisch berührt. Der Taststift bewegt sich entlang der Oberfläche und zeichnet die Höhenunterschiede während der Bewegung auf. Diese Profiler eignen sich hervorragend für die Messung von Oberflächenrauheit und Texturparametern wie Ra, Rz und Rq. Sie sind in der Regel für eine Vielzahl von Oberflächen genau, auch für solche, die transparent oder undurchsichtig sind.
Die taktile Messung bietet einen direkten und präzisen Kontakt mit der Oberfläche und ermöglicht eine detaillierte Analyse feiner Oberflächenmerkmale. Taktile Profiler können jedoch empfindliche oder weiche Oberflächen beschädigen und sind bei der Messung großer Flächen zeitaufwendig und langsam. Der Taststift unterliegt dabei der Abnutzung, was die Messergebnisse im Laufe der Zeit verfälschen kann.
3D-Textur optisch und flächenhaft scannen
Optische Oberflächenprofiler, auch bekannt als berührungslose Weißlicht-Profilometer oder Interferometer mit kontinuierlicher Abtastung, verwenden optische Methoden zur Erfassung der 3D-Oberflächentopografie, ohne die Oberfläche physisch zu berühren. Sie eignen sich hervorragend für die Messung von 3D-Oberflächenrauheitsparametern und -texturen, wie Sa und Sq, sowie für die Erfassung detaillierter Oberflächenstrukturen und -formen.
Optische Profiler sind zerstörungsfrei und für alle Arten von Oberflächen geeignet, auch für zerbrechliche oder empfindliche. Sie sind auch schneller bei der Messung größerer Oberflächenbereiche. Allerdings können optische Profiler bei glänzenden und gebogenen Oberflächen Einschränkungen aufweisen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Wahl zwischen optischen und taktilen Oberflächenprofilierungsmethoden von der spezifischen Anwendung, der Art der zu messenden Oberfläche, der erforderlichen Genauigkeit und anderen Faktoren abhängt. Beide Methoden haben ihre Vorteile und Grenzen.
ISO für Profil- und Flächenbewertung
Die Messketten für die flächen- oder profilbasierte Oberflächenbewertung sind in ISO 25178 oder ISO 4287 beschrieben und unterscheiden sich in einigen Details voneinander.
Ihre WLI-Optionen zur Messung von Flächenrauheit und -struktur
Optische 3D-Messtechnik wie die TopMap Profilometer liefern 3D-Messdaten basierend auf präzisen Höhendaten durch flächenhafte, berührungsfreie Abtastung. Die Kohärenz-Scanning-Interferometrie ermittelt Millionen von Messpunkten binnen Sekunden, für wiederholgenaue Messungen und zuverlässige Messergebnisse.
Micro.View
TopMap Micro.View® ist ein benutzerfreundlicher optischer Profiler im kompakten Tischaufbau. Micro.View® ist die kosteneffiziente Lösung zur Inspektion präzisionsgefertigter Oberflächen bis in den Sub-nm-Bereich und eignet sich für die Untersuchung von Rauheit, Mikrostrukturen und weiteren Oberflächenmerkmalen.
Micro.View+
Micro.View+ ist ein mikroskopbasierter Oberflächenprofiler mit Automatisierung und Farbkamerasystem. Er bietet reproduzierbare, anwenderunabhängige Analysen von Rauheit und Oberflächentextur und eignet sich sowohl für Laboranwendungen als auch für den Einsatz in der Produktion.
Pro.Surf+
Pro.Surf+ vereint Formmessung großer Flächen mit integrierter Rauheitsanalyse in einem Multi-Sensor-Profiler. Für schnelle, rückführbare Form- und Rauheitsergebnisse – bereit für den Einsatz in der Produktion.
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Artikel über Oberflächenparameter
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