Praktikum Fertigungsmesstechnik. Versuch 5: Messungen von Gestaltabweichungen mit dem Tastschnittmessgerät FORM TALYSURF Serie 2 Laser (FTS).

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1 Fachhochschule Jena University of Applied Sciences Jena Praktikum Fertigungsmesstechnik SciTec Fachbereich Labor Fertigungsmesstechnik Versuch 5: Messungen von Gestaltabweichungen mit dem Tastschnittmessgerät FORM TALYSURF Serie 2 Laser (FTS). Messungen von Gestaltabweichungen werden in der Fertigungsmesstechnik unterteilt in Messung der Form, der Welligkeit, der Rauheit. Tastschnittmessgeräte dienen meist der zweidimensionalen Erfassung von Rauheiten, das vorhandene FTS bietet darüber hinaus die Möglichkeit der Messung von Welligkeiten. [1] Das FTS ist ein typisches Gerät für den Labormessbereich höherer Genauigkeitsklasse. Ziel des Versuches ist die Vertiefung und Festigung von Kenntnissen über Einteilung von Gestaltabweichungen, Rauheitsmessungen, die Befähigung zur praktischen Anwendung und Bewertung von Rauheitsmessverfahren und ihrer Fehlereinflüsse. Nur für Lehrzwecke, Weitervervielfältigung nicht gestattet! Aufgabe: Messen von Gestaltabweichungen, Wellentiefe und verschiedenen Rauheitskenngrößen an gegebenen Prüfling mit unterschiedlichen Einstellungen. Anleitung: 1. Versuchsvorbereitung 1.1 Schriftliche Vorbereitung - Einteilung von Gestaltabweichungen [1, 4] - Definition der Kenngrößen Ra, Rz, Rt, Wt, tp 1.2 Erforderliche Kenntnisse über Messverfahren und Meßsystem - Aufbau und Funktion des FTS [1] - Messbedingungen bei der Ermittlung von Rauheitskenngrößen Gemäß DIN ISO 3274 wird die Auswertebezugsstrecke nicht wie bei Formabweichungen über die gesamte geometrische Definitionslänge bestit, sondern in Abhängigkeit der zu erwartenden Größe der Rauheit. Um die Rauheit von Formabweichungen und Welligkeit zu trennen, wird in der DIN ISO 3274 eine Grenzfrequenz c definiert. [4, 5] - Trennungsmöglichkeiten von Gestaltabweichungen für die Ermittlung von Rauheiten Kufe-Nadel-System (insbesondere bei Handmessgeräten), die Kufe beschreibt das langwellige, die in der Kufe eingesetzte Nadel das komplette Profil, die Differenz beider ist der kurzwellige Profilanteil (Rauheit) Optische Filterung (Lichtschnittmessverfahren), betrachtet wird nicht die DIN-gemäße Rauheitsbezugsstrecke, sondern ein kürzerer Bereich in dem langwellige Anteile wegfallen. RC-Filterung (für Rauheit Hochpass), bei analog arbeitenden Geräten (bei digitalen rechnerisch nachbildbar) wird das elektrische Signal über ein zweistufiges RC-Glied auf der Basis der gewählten Grenzfrequenz gefiltert. Insbesondere tiefe Rillen und herausragende Spitzen werden verzerrt dargestellt (somit oft eine wesentliche Verfälschung von tpi und Rp). Phasenkorrekte Filterung (in DIN ISO vorgeschrieben) ermittelt mit auf Basis der Gaußschen Glockenkurve für eine Mittlere Linie gewählte Grenzfrequenz die zu filternde Mittlere Linie.

2 2. Vorbetrachtungen Der begrenzten Zeit wegen führen Sie bitte nur eine Messung durch. In der Praxis werden für eine Aussagekräftige Rauheitsanalyse allerdings mehrere Messungen an verschiedenen Stellen benötigt. Je größer die Anzahl der Messungen entlang der Oberfläche und je länger die Messstrecke ist, desto größer ist die Zuverlässigkeit der Entscheidung, ob die zu prüfende Oberfläche den Anforderungen entspricht, und desto höher ist die Präzision des Mittelwertes der Rauheitsmesswerte. 16% - Regel: Bei Anforderungen, die durch den oberen Grenzwert (siehe ISO 1302 : 1992, 6.2.3) einer Kenngröße festgelegt werden, wird die Oberfläche als annehmbar betrachtet, wenn nicht mehr als 16 % aller gemessenen Werte der gewählten Kenngröße, den auf den Zeichnungen oder in der technischen Produktdokumentation festgelegten Wert überschreiten. Bei Anforderungen, die durch den unteren Grenzwert der Oberflächenkenngrößen festgelegt werden, wird die Oberfläche als annehmbar betrachtet, wenn nicht mehr als 16 % aller gemessenen der gewählten Rauheitskenngröße kleiner sind als der auf den Zeichnungen oder in der technischen Produktdokumentation festgelegte Wert. [6] Höchstwertregel: Bei Anforderungen, für die der Höchstwert (ISO 1302 : 1992, 6.2.2) der Kenngröße festgelegt wurde, darf keiner der gemessenen Werte der Kenngröße der gesamten zu prüfenden Oberfläche den auf der Zeichnung oder in der technischen Produktdokumentation festgelegten Wert überschreiten. Um den höchsten zulässigen Wert der Kenngröße zu kennzeichnen, ist das Kurzzeichen um den Index "max" zu erweitern (z. B. Rz1 max ). [6] Verfahren für aperiodische Rauheitsprofile a) Der unbekannte Wert von Ra, Rz, Rz1 max oder RSm ist mit geeigneten Mitteln zu schätzen, z.b. durch Sichtprüfung, mit Oberflächen-Vergleichsmustern, graphischer Auswertung eines (ungefilterten) Gesamtprofils usw. b) Die Einzelmessstrecke ist aus der Tabelle 1, 2 oder 3 unter Verwendung der Schätzwerte für Ra, Rz, Rz1 max und RSm nach Schritt a) zu wählen. c) Mit Hilfe eines Rauheitsmessgerätes und unter Zugrundelegung der nach Schritt b) gewählten Einzelmessstrecke ist ein repräsentatives Messergebnis von Ra, Rz, Rz1 max oder RSm zu ermitteln. d) Die Messwerte von Ra, Rz, Rz1 max oder RSm sind mit dem Wertebereich von Ra, Rz, Rz1 max oder RSm in Tabelle 1, 2 oder 3 entsprechend der bestiten Einzelmessstrecke zu vergleichen. Wenn der Messwert außerhalb des Wertebereiches für die bestite Einzelmessstrecke liegt, muss am Gerät die längere bzw. kürzere Einzelmessstrecke eingestellt werden, die dem gemessenen Wert zugeordnet ist. Dann muss ein repräsentativer Wert unter Verwendung dieser angepassten Einzelmessstrecke gemessen werden und erneut mit Tabelle 1,2 oder 3 verglichen werden. An diesem Punkt sollten die in Tabelle 1, 2 oder 3 enthaltenen Kombinationen der gemessenen Werte und der Einzelmessstrecke erreicht sein. e) Es ist ein repräsentativer Wert für Ra, Rz, Rz1 max oder RSm für eine kürzere Einzelmessstrecke zu ermitteln, wenn diese kürzere Einzelmessstrecke nicht schon früher in Schritt d) ermittelt wurde. Es ist zu prüfen, ob die daraus resultierende Kombination von Ra, Rz, Rz1 max oder RSm mit der Einzelmessstrecke ebenfalls in Tabelle 1, 2 oder 3 angegeben ist. PK Fertigungsmesstechnik: Versuch 5 Seite 2 von 6

3 f) Wenn nur die Endeinstellung von Schritt d) der Tabelle 1, 2 oder 3 entspricht, sind sowohl die Einstellung der Einzelmessstrecke als auch der Ra-, Rz-, Rzlmax - oder RSm-Wert richtig. Wenn Schritt e) ebenfalls eine in Tabelle 1, 2 oder 3 angegebene Kombination ergibt, sind die kürzere Einzelmessstrecke und der entsprechende Ra-, Rz-, Rz1max oder RSm-Wert richtig. g) Unter Verwendung der in den vorangegangenen Schritten ermittelten Grenzwellenlänge (Einzelmessstrecke) ist eine repräsentative Messung der Kenngröße durchzuführen. [6] Tabelle 1: Einzelmessstrecken für die Rauheit zur Messung von Ra, Rq, Rsk, Rku, R q und Kennkurven und mit zugehörigen Kenngrößen für aperiodische Profile (z. B. geschliffene Profile) Ra m Einzelmessstrecke lr Messstrecke In (0,006) < Ra < 0,02 0,08 0,4 0,02 < Ra < 0,1 0,25 1,25 0,1 < Ra < 2 0,8 4 2<Ra<10 2,5 12,5 1 0 < Ra < Tabelle 2: Einzelmeßstrecken für die Rauheit zur Messung von Rz, Rv, Rp, Rc und Rt für aperiodische Profile (z. B. geschliffene Profile) Rz 1 ) Rz1 max 2 ) m Einzelmessstrecke lr Messstrecke In (0,025) < Rz, Rz1 max 0,1 0,08 0,4 0,1 < Rz, Rz1 max 0,5 0,25 1,25 0,5 < Rz, Rz1 max 10 0, < Rz, Rz1 max 50 2,5 12,5 50 < Rz,Rz1 max ) Rz wird zugrunde gelegt beim Messen von fe Rv, Rp, Rc und Rt. 2) R1 max wird zugrunde gelegt beim Messen von Rz1 max, Rv1 max, Rp1 max und Rc1 max. Tabelle 3: Einzelmess-Strecken für die Messung von R-Kenngrößen für periodische Profile und von RSm für alle Profile RSm Einzelmess-Strecke lr Messstrecke In 0,013 < RSm 0,04 0,08 0,4 0,04 < RSm 0,13 0,25 1,25 0,13 < RSm 0,4 0,8 4 0,4 < RSm 1,3 2,5 12,5 1,3 < RSm PK Fertigungsmesstechnik: Versuch 5 Seite 3 von 6

4 3. Versuchdurchführung - Nehmen Sie, wie in [1] erläutert, den Betrieb des Gerätes auf. - Legen Sie den Prüfling auf den Meßtisch (gegebenenfalls befestigen) - Überprüfen Sie, ob der 2D-Modus eingeschaltet ist und das Einheitensystem auf metrisch steht Aufnahme der Messwerte: Übernehmen Sie die Kontur des Prüflings in den Speicher. Positionieren Sie dazu den Taster über den linken Profilstart des Prüflings. Diese Positionierung kann mittels Joystick oder aus dem Progra heraus über die Steuerungs-Icons (Bild 1) erfolgen. Ermitteln Sie die auszumessende Konturlänge und x-anfangsposition (links) durch Abfahren derselben. Beachten Sie, daß die Konturlänge Einfluß auf die bei der Auswertung anzulegenden Filtergrenzfrequenzen bzw. cut-off -Anzahl haben kann. ( c x cut-offs = Konturlänge). Fahren Sie wieder auf die x-anfangsposition. Fahren Sie mit der Tastspitze auf Kontakt. Bild 1 Starten Sie die Messung über Messung&Berechnung >> Messung. Geben Sie im folgenden Menü die ermittelte Konturlänge (Auswertlänge) ein und geben Sie der Messung einen Namen. Die restlichen Parameter können sie Bild 2 entnehmen. Bild 2 Drücken Sie OK. Die Messung beginnt. Alle Auswertungen werden am gespeicherten Profil, ohne nochmalige Datenaufnahme, durchgeführt. PK Fertigungsmesstechnik: Versuch 5 Seite 4 von 6

5 4. Auswertung 4.1 Bestiung der Rauheitskenngrößen Ra, Rz und Rt Die Bestiung der Rauheitskenngrößen läßt sich in drei Schritte unterteilen: - Aufnahme der Rohdaten - Erstellen eines Primärprofiles Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das Rohdatenprofil. Wählen Sie Neu >> Berechnung. Geben sie im folgenden Fenster einen Namen und den Typ der Berechnung ein (hier: Primär). Im Folgenden sind Angaben zu Filter und Layout zu machen (siehe Bild 3). Bild 3 - Erstellen des Rauheitsprofils aus dem Primärprofil Die Erstellung des Rauheitsprofils erfolgt analog zum Primärprofil. Als Filter wird der phasenkorrekte Gauß-Filter benutzt. Dieser benötigt für die Filterung einen zusätzlichen cut-off, somit sind 6 cut-offs für die Auswertung von 5 cut-offs zu wählen. Drücken Sie OK. Bild 4 Bestien Sie oben genannten Kenngrößen für die Filtereinstellungen c = 0,08...2,5. Geben Sie die ermittelten Rauheiten und die dazugehörigen Aufnahmeparameter an, R = f( c,l n ). Stellen Sie den Versuch grafisch als R = f( c ) in einem Diagra dar. 4.2 Untersuchung des Filtereinflusses bei der Bestiung der Rauheit Führen Sie die unter 4.1 beschriebene Übung nochmals durch. Verwenden sie jetzt aber statt des Gauß-Filters einen RC-Filter (ISO-2CR). Beachten Sie, daß der RC-Filter bei der Filterung 2 cut-offs entfernt. Tragen Sie die Ergebnisse analog zu 4.1 im selben Diagra ein und werten sie den Einfluss des Filtertyps. PK Fertigungsmesstechnik: Versuch 5 Seite 5 von 6

6 4.3 Bestiung der Welligkeitskenngrößen W a, W z und W t Wechseln Sie zurück zum Primärprofil. Führen sie nun eine Berechnung der Welligkeit durch. Wählen Sie dazu bei Typ der Berechnung Welligkeit. Als Grenzwellenlänge für den Gauß-Tiefpassfilter geben Sie die in Punkt 4.1 ermittelte korrekte Wellenlänge c ein. Die Welligkeit wird ebenso wie die Rauheit nicht über die gesamte geometrische Oberfläche sondern für fünf Auswerte-cut-off's analysiert. Der hier benutzte Filter entfernt einen cut-off! Diskutieren Sie die unterschiedlichen fertigungstechnischen Ursachen der Größe der Rauheit und der Welligkeit für das konkrete Teil. 4.4 Durchführung eines 3-D-Scans Führen Sie einen 3-D-Scan eines Teils der Oberfläche durch. Dieser Scan ist sehr zeitintensiv, beschränken Sie sich deshalb auf eine Fläche von 1 2. Wechseln sie dazu in den 3-D- Modus. Positionieren Sie den Messtaster über den linken hinteren Profilstart. Fahren Sie auf Kontakt und starten Sie die Messung über das Menü Messung&Berechnung >> Messung. Folgendes Fenster wird gezeigt (Bild 5). Passen sie Startposition(Y) und Endposition(Y) an Ihre aktuelle Position an und übernehmen Sie die restlichen Werte aus bild 5. Bild 5 Die unter Export angegebene Datei kann dann mit Progra Talymap ausgewertet werden. 4. Literatur [1] Messplatz FORM TALYSURF SERIE 2: Applikationsinformation [2] DIN 4760; Gestaltabweichungen Begriffe, Ordnungssystem, [3] DIN ISO 4287; Oberflächenbeschaffenheit: Tastschnittverfahren Benennung, Definition und Kenngrößen der Oberflächenbeschaffenheit, [4] Horst Sorg; Praxis der Rauheitsmessung und Oberflächenbeurteilung, München Wien, Hanser Verlag, 1995 [5] DIN ISO 3274, Oberflächenbeschaffenheit: Tastschnittverfahren Nenneigenschaften von Tastschnittgeräten [6] DIN ISO 4288, Oberflächenbeschaffenheit: Tastschnittverfahren Regeln und Verfahren für die Beurteilung der Oberflächenbeschaffenheit Bearbeitungsstand: 04/05 PK Fertigungsmesstechnik: Versuch 5 Seite 6 von 6