Oberflächenmesstechnik

Oberflächenmesstechnik In dem Laborversuch sollen Oberflachenrauhigkeiten mit Hilfe von Tastschnittgeraten messtechnisch erfasst werden, um so die Kenntnisse zur Beurteilung spanend gefertigter Oberflachen zu festigen. 1. Aufgabenstellung 1 1.1 Fragestellung Welche Auswirkungen haben die Veränungen Taststreckenlange Lt auf die Messergebnisse? von Grenzwellenlange λc und 1.2 Versuchsaufbau Ein Bauteil wird mit dem HOMMEL TESTER T 1000 gemäß DIN 4768 hinsichtlich Oberflächenrauhigkeit geprüft. Das verwendete, halbstarre Rauheitsmessgerät ist für die Messung von Rauheits-, Welligkeits- und Profilparametern geeignet. Es verfugt über ein Einkufen-Tastsystem. Als Bezugsfläche dient hier die Oberfläche des Werkstücks. 1.3 Versuchsablauf 1.3.1 Probenmessung Mit dem Programm P1 Probe wird eine Probenmessung durchgeführt. Diese ist erforlich, um mittels des hier gemessenen Rillenabstandes die Parameter Grenzwellenlange λc und Lange Taststrecke Lt zu ermitteln. Seite 2 von 10 1.3.2 Messung 1 Mit dem Programm P2 DIN/ISO 0,1 wird eine normgerechte Messung durchgeführt. Um diese zu gewährleisten, müssen die zuvor ermittelten Parameter entsprechend überprüft und ggf. veränt werden. 1.3.3 Messung 2 Mit dem Programm P3 Lt min/max werden zwei Messungen durchgeführt. Um den Einfluss des Parameters Lt zu untersuchen, wird bei ersten Messung kleinste und bei nachfolgenden größte einstellbare Wert verwendet. 1.3.4 Messung 3 Mit dem Programm P4 λc min/max werden zwei Messungen durchgeführt. Um den Einfluss des Parameters λc zu untersuchen, wird bei ersten Messung kleinste und bei nachfolgenden größte einstellbare Wert verwendet. Seite 1 von 11

1.4 Versuchsauswertung 1.4.1 Auswertung Probenmessung Die Probenmessung wurde über eine Taststrecke von 1,5 mm durchgeführt. Das Tastschnittgerät hat das P-Profil gemessenen Oberfläche ausgegeben, von dem nun Rillenabstand abgelesen werden kann. Auf dem Messschrieb wird ein Rillenabstand von 10mm festgestellt. Dieser Abstand muss nun noch mit dem Faktor für die horizontale Vergrößerung umgerechnet werden; tatsächliche Rillenabstand beträgt also 0,1mm. In diesem Fall dient dieser Wert zur normgerechten Bestimmung Parameter Grenzwellenlange λc und Lange Taststrecke Lt, da es sich bei dem zu prüfenden Werkstuck um ein Drehteil handelt, welches ein, durch den Fertigungsvorgang bedingt, periodisches Profil aufweist. Demnach wurden aus Tabelle zur Wahl von Messstrecke bzw. Taststrecke und cut off gemäß DIN 4768 die entsprechenden Werte für die normgerechte Messung gewählt (siehe Tabelle S. 4). λc = 0,25 mm Lt = 1,5 Mit diesen gewählten Werten kann nun eine dem Werkstück entsprechende normgerechte Messung durchgeführt werden. Seite 2 von 11

1.4.2 Vergleich Messung nach DIN 4768 mit Messung Lt min Hier sind jeweils das Rauheits- und Welligkeitsprofil normgerechten Messung und Messung mit minimaler Taststrecke gegenübergestellt. Die Profile normgerechten Messung sollen im Folgenden als Referenzprofil dienen. Die Vergleichs-Taststrecke wurde auf 0,48 mm eingestellt. Es kann festgestellt werden, dass die Werte Rmax, Pt, Rt, Wt, und Rz kleiner werden; Ra hingegen vergrößert sich. Alle gemessenen Werte können den Tabellen unter 1.4.6 entnommen werden. Diese Änung kann wie folgt interpretiert werden: eine kürzere Messstrecke verringert die Anzahl Ereignisse. d.h., bei geringerer Anzahl von Ereignissen wird ein größer Abstand zwischen höchster Profilspitze und tiefstem Profiltal unwahrscheinlicher und beeinflusst demnach die meisten Messwerte, die von diesem Parameter abhängen. Lt min DIN 4768 Seite 3 von 11

1.4.3 Vergleich Messung nach DIN 4768 (siehe 1.4.2) mit Messung Lt max Für diese Messung wurde die Taststrecke auf 4,8 mm eingestellt. Es kann festgestellt werden, dass die Werte Rmax, Pt, Rt, Ra, und Rz größer werden; Wt hingegen verkleinert sich. Die Interpretation Messergebnisse steht im Gegensatz zur vorangegangenen Messung. Durch die längere Messstrecke erhöht sich hier die Anzahl Ereignisse. Größe Abstande zwischen Profilspitzen und Profiltalern treten vermehrt auf und beeinflussen die Messwerte. Zudem kann man sagen, dass sich ein zentraler Wert verfestigt und genauer wird. Weiterhin werden bei genauer Betrachtung Profile Abschnitte unterschiedlicher Struktur auffällig. Einem Sektor mit relativ ausgeglichenem Amplitudenausschlag folgt einer mit deutlich unterschiedlich hohen Amplituden. Dies wieum hat Auswirkungen auf das Welligkeitsprofil, welches sich in diesem Abschnitt auch änt. Lt max Lt max Seite 4 von 11

1.4.4 Vergleich Messung nach DIN 4768 (siehe 1.4.2) mit Messung λc min Für diese Messung wurde die Grenzwellenlänge auf 0,08 mm (= ¼ Rillenabstand) eingestellt. Es kann festgestellt werden, dass die Werte Rmax, Rt, Ra und Rz deutlich kleiner werden; Wt hingegen vergrößert sich deutlich; Wert Pt bleibt gleich. Bei einer kleinen Grenzwellenlange wird Welligkeit ein größerer Anteil zugesprochen; d.h. die Rillen werden hier als Welligkeit interpretiert (eine Rille entspricht einer Welle). Folglich wird Wt hier deutlich größer. Die Veränung Werte ist darauf zurückzuführen, dass die gemessenen Einzelrautiefen sinken und sich auch die Flache zur Ermittlung von Ra deutlich verkleinert. λc min 1.4.5 Vergleich Messung nach DIN 4768 (siehe 1.4.2) mit Messung λc max λc max Für diese Messung wurde die Grenzwellenlänge auf 0,8 mm (= 8 * Rillenabstand) eingestellt. Es kann festgestellt werden, dass die Werte Rmax, Rt, Ra und Rz größer werden; Wt hingegen verkleinert sich deutlich; Wert Pt bleibt gleich. Bei einer größeren Grenzwellenlange werden die gesamten Ausschläge Tastspitze als Rauhigkeit interpretiert; d.h. die Amplitudendifferenzen über jeweils acht Rillen werden von dem Gerat als Welligkeit erkannt. Der Welligkeit wird also ein geringerer Anteil zugesprochen. Das Welligkeitsprofil wird dadurch geglättet; Wert Wt sinkt. Die Tatsache, dass Wert für die Profiltiefe sich in dieser und auch vorangegangenen Messung kaum änt, hängt damit zusammen, dass die Messstrecke dieselbe ist. D.h. dieser Wert sollte sich auch nicht veränn. λc min λc max Seite 5 von 11

1.4.6 Tabellarische Zusammenfassung drei Messungen Rmax [μm] Rz [μm] Ra [μm] Rt [μm] Pt [μm] Wt [μm] DIN 4768 3.94 3.54 0.782 3.99 4.12 0.50 Messergebnisse Lt min Lt max 4.07 4.46 3.39 4.00 0.822 0.808 4.07 4.57 4.25 4.95 0.49 1.35 λc min 2.42 2.23 0.378 2.52 4.12 1.98 λc max 4.06 3.62 0.787 4.14 4.09 0.23 Fazit: Eine Änung Taststrecke und des cut-offs hat große Einwirkungen auf die Messung. Man kann so jedes Teil mit schlechter Oberfläche zu einem Teil mit ausreichend guter Oberfläche machen. Zudem ist nur eine normgerechte Messung mit anen Messungen vergleichbar. 2. Aufgabenstellung 2 2.1 Fragestellung Welche Auswirkungen haben verschiedene Filtertypen auf die Messergebnisse? 2.2 Versuchsaufbau Ein Bauteil wird mit dem MAHR PERTOMETER S8P hinsichtlich Oberflachenrauhigkeit geprüft. Das verwendete Tastschnittgerät verfugt, im Gegensatz zum HOMMEL Tester T1000, über einen Bezugsebenen-Taster; d.h., es werden die Relativbewegungen Tastspitze zur quasi geometrisch idealen Bezugsfläche gemessen. Somit wird dieses Gerät auch als starres System eingestuft. 2.3 Versuchsablauf 2.3.1 Messung 1 Mit dem Programm Nr.6 STUDI.ARB. wird unter Verwendung des Tasters Nr.1 FRW-750 eine Messung durchgeführt, um Graphiken verschiedener Profilarten zu erhalten. 2.3.2 Messung 2 Mit dem unter 2.3.1 genannten Programm wird eine weitere Messung durchgeführt. Dieses Mal wird Ablauf Messung jedoch durch mechanisch simulierte Ausreißer beeinflusst. Seite 6 von 11

2.4 Versuchsauswertung 2.4.1 Auswertung Messdaten aus Messung 1 unter Verwendung verschiedener Filter Nach Messung werden verschiedene Graphiken erstellt. Die erste ist die so genannte D-Graphik. Hier wir die reine, unveränte und ungefilterte Messkurve dargestellt; es handelt sich eine komplette Taststreckendarstellung. Das direkt geschnittene Profil des Bauteils wird abgebildet. Auffällig ist ein Abfallen des Profils. Die folgende G-Graphik wurde genau aus diesem Grund erstellt. Das Profil wurde hier auf eine Zentrallinie ausgerichtet und auch gewichtet (Summe oben= Summe unten). Die Tatsache, dass diese beiden Graphiken noch in sieben gleiche Strecken unterteilt sind, hängt damit zusammen, dass hier jeweils die Vor- und Nachlaufstrecken abgebildet werden. Diese werden nicht zur Auswertung genutzt, da Taster zu Beginn eine gewisse Geschwindigkeit erreichen und sich Einschwingen soll. Am Ende Taststrecke nimmt die Geschwindigkeit wie ab; auch dieses Verhalten konnte die Messergebnisse verfälschen. Die P-Graphik stellt die Welligkeit und Rauheit in einen Wellenzug dar. Die PW-Graphik stellt die Welligkeit und Rauheit überlagert dar und soll als Referenzgröße für folgende, gefilterte Graphiken dienen. Dazu wurden die Vor- und Nachlauftaststrecken nicht mehr dargestellt, sonn nur die eigentliche Messstrecke. Seite 7 von 11

2.4.1.1 Auswirkung des RC-Filters nach DIN 4768 T1 Der hier verwendete RC-Filter wertet die gemessenen Profile analog mittels einer KondensatorWistand-Kombination aus. Er interpretiert ca. 75% als Rauigkeit und 25% als Welligkeit. Der Lade und Entladeprozess des Kondensators bewirkt einen zeitlichen und somit geometrischen Versatz; die so genannte Phasenverschiebung. Dies wird besons deutlich, wenn man die Profilspitzen und - flanken beiden Kurven PW-Graphik vergleicht: Trennt man die PW- Grafik in zwei Grafiken (Rauigkeit und Welligkeit), entstehen die beiden folgenden Grafiken: 2.4.1.2 Auswirkungen des Gaussfilters nach DIN 4777 Der verwendete Gaussfilter arbeitet ebenfalls analog. Hier werden jedoch die Rauigkeit und Welligkeit zu gleichen Teilen gewichtet, d.h. 50% Amplitude werden als Rauheit und 50% als Welligkeit interpretiert. Der Kondensator entlädt sich hier nicht direkt, das Plateau kann gehalten werden und dadurch kann die Welligkeit stark geglättet werden. Die Ausschläge Tastspitze werden, wie man in PW- Grafik erkennen kann, im Wesentlichen als Rauheit interpretiert. Seite 8 von 11

2.4.1.3 Vergleich Welligkeiten und Rauigkeit erstellten Grafiken Die Tabelle zeigt noch einmal die Messergebnisse im Überblick: Rmax [μm] Rz [μm] Ra [μm] Rt [μm] Pt [μm] Wt [μm] Messergebnisse RC-Filter Gaußfilter 4.39 3.96 3.81 3.72 0.83 0.82 4.55 4.12 4.88 4.88 2.30 1.13 Fazit: Die Filter haben einen großen Einfluss auf die Messergebnisse. Im Allgemeinen wird zur Vergleichbarkeit Messungen neuere Gaußfilter verwendet. Der RC-Filter dient meist nur noch zum Vergleich mit älteren Messungen. Die unterschiedlichen Messergebnisse resultieren also aus Wirkung unterschiedlichen Filter (s. Vorbereitungsskript S. 4). Die folgenden Grafiken zeigen die Welligkeiten bei den beiden Messungen im direkten Vergleich: RC- Filter (Gewichtung 70/30) Gaußfilter (Gewichtung 50/50) Die folgenden Grafiken zeigen die Rauigkeiten bei den beiden Messungen im direkten Vergleich: Seite 9 von 11

RC- Filter (Gewichtung 70/30) Gaußfilter (Gewichtung 50/50) 2.4.2 Auswertung Messdaten aus Messung 2 Zur Auswertung Messdaten aus Messung 2 werden diese mit den Messdaten Messung mit dem Gaußfilter verglichen. Die Störungen haben, wie man an Grafik erkennen kann, keinen Einfluss auf die Welligkeit, da die Amplituden hochfrequent sind. Das heißt die Störungen werden nur als Rauigkeit interpretiert. Ra änt sich kaum, da sich die Fläche unter Kurve zur Berechnung kaum vergrößert, dafür war die zeitliche Einwirkung des Störsignales zu gering im Verhältnis zur Messzeit. Seite 10 von 11

Rz weist eine deutliche Erhöhung auf, da durch die Ausreißer viel größere Einzelrautiefen bewirkt werden. Die nun mehrfach auftretenden maximalen Abstände im Profil beeinflussen demnach auch ane Messwerte, denn neben Rz vergrößern sich auch die Werte Rmax, Rt und Pt sehr stark; durchschnittlich um den Faktor 5. Rmax [μm] Rz [μm] Ra [μm] Rt [μm] Pt [μm] Wt [μm] Messergebnisse Gaußfilter Störmessung 3.96 30.23 3.72 21.96 0.82 1.02 4.12 30.23 4.88 30.23 1.13 1.27 Fazit: Eine nicht periodische Störung hat nur einen Einfluss auf die Rauigkeit. Die Welligkeit wird von solch einer Störung nicht beeinfllusst. Seite 11 von 11