Welchen Profiler brauchen Sie?
Vergleich – wann welche Methode geeignet ist
Einen Tastschnitt-Profilometer einsetzen, wenn:
- Sie eine tragbare Prüfung vor Ort oder in der Fertigung benötigen — Handgeräte sind die einzige wirklich portable Option
- die Zeichnung oder der Prozess auf eine taktil qualifizierte Ra/Rz-Methode festgelegt ist und eine Requalifizierung nicht möglich ist
- kein optischer Sichtzugang besteht und auch telezentrische Optiken nicht verfügbar sind
Einen optischen 3D-Profiler einsetzen, wenn:
- die Spezifikation Flächenparameter (Sa, Sq, Sz, Ssk, Sku) nach ISO 25178 verlangt
- die Oberfläche nicht berührt werden darf — Beschichtungen, polierte Teile, weiche Materialien, Implantate
- Sie die höchste laterale Auflösung benötigen (sub-µm mit Objektiven hoher numerischer Apertur)
- Sie F&E, Fehleranalyse, Defekterkennung oder Prozessvergleiche durchführen
- die langfristige Messstabilität wichtig ist — optische Systeme kennen weder Spitzenverschleiß noch Kalibrierdrift
- Sie Parameter nachträglich aus gespeicherten Daten neu auswerten möchten
- Sie in Bohrungen oder vertieften Bereichen messen — dann mit telezentrischer optischer Konfiguration
Die Budget-Herausforderung – ist gar nicht mehr so herausfordernd
Ein wesentlicher Grund, nicht auf optische und damit flächenhafte Oberflächenmessung umzusteigen, sind die höheren Kosten solcher Profiler.
Mit dem Roughness Tester steht ein Einsteiger-WLI zur Verfügung. Das System bietet die volle Messleistung und Sub-nm-Auflösung zu einem attraktiven Preis.
Häufig gestellte Fragen
Was ist ein Tastschnittgerät und wie funktioniert es?
Ein Tastschnittgerät — auch taktiles oder Kontakt-Profilometer genannt — zieht eine diamantbestückte Nadel mit einer kontrollierten, sehr geringen Kraft (typischerweise um 1 mN) über die Oberfläche. Die vertikale Bewegung der Spitze entlang der Oberflächenstrukturen wird als 2D-Höhenprofil aufgezeichnet. Aus diesem Profil werden Kennwerte wie Ra (Mittenrauwert), Rz (maximale Höhe), Rq und Rt nach ISO 21920 berechnet.
Tastschnittgeräte reichen von kompakten Handgeräten für den Einsatz in der Fertigung bis hin zu präzisen Tischsystemen für das Labor. Das grundlegende Messprinzip ist in beiden Fällen dasselbe.
Was ist ein optischer 3D-Oberflächenprofiler und wie funktioniert er?
Ein optischer 3D-Oberflächenprofiler misst die Oberflächentopografie ohne jeden mechanischen Kontakt. Die Weißlichtinterferometrie (WLI) — das am weitesten verbreitete Verfahren für die präzise Oberflächenmesstechnik — projiziert breitbandiges weißes Licht auf die Oberfläche und analysiert das entstehende Interferenzmuster, um die Höhe an jedem Pixel des Sichtfelds gleichzeitig zu berechnen. Ein einzelner Scan erzeugt eine vollständige 3D-Höhenkarte mit Millionen von Datenpunkten.
Aus diesem 3D-Datensatz lassen sich sowohl Flächenkennwerte (Sa, Sq, Sz, Ssk, Sku nach ISO 25178) als auch Profilkennwerte (Ra, Rz nach ISO 21920) berechnen. Der vollständige Datensatz wird gespeichert und kann jederzeit neu ausgewertet werden, ohne zum Bauteil zurückkehren zu müssen.
Kann ich eine Messung mit einem optischen Profiler nachträglich erneut auswerten?
Ja — das ist ein wesentlicher praktischer Vorteil der optischen 3D-Messung. Das Gerät speichert den vollständigen 3D-Datensatz der Oberflächentopografie. Jeder Rauheitskennwert, jede Filtergrenzwellenlänge, jede Auswertefläche oder Profilrichtung kann Tage, Wochen oder Monate später aus den gespeicherten Daten neu berechnet werden, ohne zum Bauteil zurückkehren zu müssen.
Bei einem Tastschnittgerät ist die Messung die Profilspur selbst. Wenn Sie später einen anderen Kennwert, einen anderen Filter oder eine Messung an einer anderen Stelle benötigen, müssen Sie das Bauteil erneut messen. Ist das Bauteil nicht mehr verfügbar — oder wurde es versandt, montiert oder verändert —, ist diese Messung verloren.
Die Möglichkeit, gespeicherte Daten neu auszuwerten, ist besonders wertvoll bei der Schadensanalyse, in Audit-Situationen, in der F&E-Dokumentation und bei der Berichterstattung über mehrere Kennwerte.
Gibt es Oberflächentypen, bei denen das Tastschnittgerät die einzige praktikable Option ist?
Es gibt zwei Situationen, in denen das Tastschnittgerät einen echten Vorteil gegenüber der optischen Messung hat:
- Transparente oder mehrschichtige Oberflächen. Glas, optische Beschichtungen und einige Polymerfilme reflektieren Licht gleichzeitig aus mehreren Tiefenebenen, was die Höhenrekonstruktion eines optischen Systems stören kann. Eine Tastspitze berührt nur die oberste Oberfläche und wird von darunterliegenden Schichten nicht beeinflusst.
- Kein optischer Sichtkontakt. Wo eine Oberfläche vollständig umschlossen ist — eine sehr tiefe, schmale Nut, ein Hinterschnitt oder eine extreme Geometrie, die selbst ein telezentrisches Objektiv nicht erreicht —, kann ein Tastschnittgerät mit geeigneter Spitzengeometrie die einzige Option sein. Beachten Sie, dass telezentrische optische Profiler den optischen Zugang erheblich erweitern und vor dem Rückgriff auf ein Tastschnittgerät geprüft werden sollten.
Können optische Profiler stark reflektierende Oberflächen messen?
Stark reflektierende Oberflächen — spiegelpolierte Metalle, polierte Keramiken, einige Oberflächen medizinischer Implantate — können in optischen Standard-Messaufbauten zu einer Signalsättigung führen, insbesondere bei konfokalen Systemen. Dies hat in der Vergangenheit dazu geführt, dass für solche Oberflächen ein Tastschnittgerät empfohlen wurde.
Weißlichtinterferometer von Polytec verfügen über die Smart-Scanning-Technologie, die mit Mehrfachbelichtung und HDR-Verarbeitung (High Dynamic Range) stark reflektierende und heterogene Oberflächen verarbeitet, ohne auf eine taktile Methode wechseln zu müssen. Dies erweitert das Spektrum der optisch messbaren Oberflächen erheblich.
Bevor Sie für eine reflektierende Oberfläche auf ein Tastschnittgerät zurückgreifen, klären Sie mit Ihrem Applikationsingenieur, ob Smart Scanning Ihr spezifisches Material und Ihre Oberfläche abdeckt.
Was ist der Unterschied zwischen Profilkennwerten (Ra, Rz) und Flächenkennwerten (Sa, Sz)?
Profilkennwerte wie Ra und Rz werden aus einer einzelnen 2D-Linie berechnet, die über die Oberfläche geführt wird. Sie beschreiben die Rauheit entlang dieses einen Pfades. Wie repräsentativ diese Linie ist, hängt stark davon ab, wie gleichmäßig die Oberfläche ist — bei einer heterogenen oder gerichteten Oberfläche kann ein einzelnes Profil ein irreführendes Ergebnis liefern.
Flächenkennwerte wie Sa und Sz werden aus einer vollständigen 3D-Oberflächenkarte berechnet, die einen definierten Bereich abdeckt. Sie charakterisieren die Oberfläche als Ganzes und erfassen räumliche Merkmale, Richtungsabhängigkeit, Defekte und Texturmuster, die eine Profillinie nicht erkennen kann. Die ISO 25178 definiert das Rahmenwerk der Flächenkennwerte und wird zunehmend in modernen technischen Zeichnungen vorgegeben, insbesondere in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Halbleiter- und Medizintechnik.
Optische 3D-Profiler erzeugen Flächendaten von Natur aus. Tastschnittgeräte liefern nur Profildaten, auch wenn mehrere parallele Spuren zusammengefügt werden können, um eine flächenhafte Abdeckung anzunähern — ein langsamer und für die meisten Produktionsumgebungen unpraktischer Ansatz.
Ist das optische Ra dasselbe wie das taktile Ra?
Nein — sie sind eng verwandt, aber nicht identisch. Beide Methoden können einen Ra-Wert angeben, doch dieser stammt aus unterschiedlicher Messphysik. Ein Tastschnittgerät filtert die Oberfläche mechanisch über den endlichen Radius seiner Spitze, während ein optischer Profiler die Oberfläche optisch abtastet und durch seine laterale Auflösung und Bandbreite begrenzt ist — so erfassen beide leicht unterschiedliche kurzwellige Details.
Bei abgestimmten Grenzwellenlängen-, Abtast- und Filtereinstellungen korrelieren die Ergebnisse in der Regel gut, sie sollten jedoch nicht als austauschbar betrachtet werden. Beim Umstieg von einer taktilen Ra-Spezifikation sollten Sie die optische Methode gegen die bestehende validieren und einen etwaigen Versatz dokumentieren, anstatt eine 1:1-Übereinstimmung anzunehmen.
Nutzen sich Tastspitzen ab, und beeinflusst das die Messergebnisse?
Ja. Aus einem optischen 3D-Datensatz lässt sich an jeder Stelle und in jeder Richtung ein 2D-Profil extrahieren, und daraus können Standard-Profilkennwerte wie Ra, Rz, Rq und Rt nach ISO 21920 berechnet werden. Das bedeutet: Der Umstieg auf die optische Messung erfordert keinen Verzicht auf die profilbasierte Berichterstattung — vorausgesetzt, der Messaufbau ist ordnungsgemäß validiert und jede Abweichung von der direkten taktilen Messung ist charakterisiert.
Schneller Einstieg in die Oberflächenmesstechnik
Wir nehmen unseren Anspruch measure what matters ernst — und unterstützen Sie auf die Weise, die zu Ihrer Situation passt. Selbst wenn Ihr Bedarf nur vorübergehend ist oder ein komplettes System noch nicht im Budget liegt, haben Sie Optionen: Mieten Sie ein System mit PolyRent oder lassen Sie unsere Spezialisten die Messungen für Sie durchführen mit PolyMeasure. Und wenn Sie kaufen möchten, empfehlen wir, mit einer Machbarkeitsstudie oder einer Miete zu beginnen — wobei die Mietgebühr anschließend auf den Kaufpreis angerechnet wird. Sprechen Sie mit unseren Experten und wir empfehlen Ihnen den am besten passenden Ansatz für Ihre Messaufgaben.