Prüfgerät zur berührungslosen Oberflächencharakterisierung von

Prüfgerät zur berührungslosen Oberflächencharakterisierung von
galvanisch gebundenen Schleifwerkzeugen
Ausgangsposition
An die Oberflächenbeschaffenheit von Schleifwerkzeugen werden sehr hohe Anforderungen gestellt,
denn die Qualität der Bearbeitung wird maßgeblich durch
die Topographie auf dem Schleifwerkzeug bestimmt. Die
Bewertung der Oberflächentopographie ist jedoch wegen der mikroskopischen Abmessungen der Schleifkörner
sowie der spezifischen Reflexionseigenschaften der Körner und des Einbettungsmaterials recht kompliziert. Die
Bewertung der Oberflächentopographie war bisher nur
weitestgehend manuell mit entsprechenden optischen
Hilfsmitteln (z.B. Lupe) möglich. Um jedoch eine objektive und automatisierbare Prüfung realisieren zu können,
bestand von Seiten der Industrie die Forderung, ein System bzw. Gerät zu entwickeln, welches berührungslos
eine statistisch gesicherte Aussage über die Einbindungscharakteristik der Schleifkörner gewährleitstet.
Messzeit, da für diese sich gegeneinander bedingenden Forderungen ein Optimum erreicht werden musste.
Aufbauend auf dem konfokalen Messprinzip erfolgte die
Weiterentwicklung und Modifizierung der Verfahren zur
Datenaufnahme und Auswertung. Hierzu wurde eine
spezielle Kombination von zwei Auflichtbeleuchtungen
realisiert, die eine weitestgehend optimale Ausleuchtung
der Oberflächen des Schleifwerkzeuges (Schleifkörner
und Einbindungsmaterial) gestattet. Das entwickelte
Gerät (Bild 1) basiert auf einem Auflichtmikroskop mit
einer PC-gesteuerten motorischen Vorstellung des Objektivs in Z-Richtung und einem X-Y-Tisch für die Prüflingsaufnahme. Der modulare Aufbau des Messkopfes gestattet die Adaption an ein beliebiges Handlingsystem.
Zielstellung
Ausgehend von den Forderungen der Schleifwerkzeugindustrie bestand das Ziel, ein Prüfgerät zur Bestimmung der Prüfmerkmale "Kornbindungsüberstand"
und "Kornspitzenverteilung" an galvanisch gebundenen
Schleifwerkzeugen zu entwickeln. Diese von den Partnern der Industrie definierten Merkmale liefern, vereinfacht ausgedrückt, eine statistische Aussage, wie weit
und mit welcher Verteilung die Schleifkörner über der Einbettungsebene der Schleifwerkzeugoberfläche herausragen. Mit dem zu entwickelnden Gerät sollen Schleifwerkzeuge geprüft werden können, die mit Diamant- oder
CBN-Körnern in einem Bereich von D 46 bis D 427 belegt sind.Von der verfahrenstechnischen Seite ausgehend
war die Zielstellung, eine optische Methode zur Abtastung der Oberfläche zum Einsatz zu bringen, welche
es gestattet, mit der notwendigen Messgenauigkeit von
wenigen Mikrometern und in einer relativ kurzen Messzeit
die Oberflächendaten zu gewinnen. Dazu sollten drei optische Messverfahren (Weißlichtinterferometrie, strukturiertes Licht und konfokale Mikroskopie) hinsichtlich ihrer
Eignung für die Lösung der Aufgabenstellung analysiert
werden.
Ergebnis
Die durchgeführten Untersuchungen zu den drei o.g. optischen Messverfahren zeigten, dass das konfokale
Messprinzip für die Lösung der Aufgabenstellung am
geeignetsten ist. Das gilt insbesondere unter Beachtung
einer hohen Messgenauigkeit und einer kurzen
Bild 1: Versuchsmuster auf Basis eines Lichtmikroskopes
Zur effektiven Vermessung der Schleifwerkzeuge wurde
eine Teach-In-Modus entwickelt, der es gestattet, die
Oberfläche von einem Werkzeugtyp ohne aufwendige,
sich wiederholende manuelle Einstellungsprozeduren automatisch optisch abzutasten. Zur Ermittlung der
Messlänge in Z-Richtung wird für jeden zu prüfenden
Objektbereich das Autofokus-Prinzip eingesetzt. Damit
wird gewährleistet, dass die Messung in Abhängigkeit
der Korngröße zeitoptimal abgetastet wird. Über die
Bildfolgeanalyse der einzelnen Ebenen für einen Objektbereich lässt sich mit den entwickelten Softwarealgorithmen ein Höhenprofil erstellen. Die Prüfmerkmale Kornspitzenverteilung und Kornbindungsüberstand werden letztendlich aus den 3D-Daten des Höhenprofils errechnet. Als Benutzerschnittstelle dient eine speziell erarbeitete, komfortable Windows-Software. Über ein zusätzliches Softwaremodul ist es auch möglich, eine 3D-Darstellung (Falsch-Farbendarstellung) für einen Ausschnitt
der Oberfläche eines Schleifwerkzeuges zu realisieren.
Die Untersuchungen werden im Rahmen eines F/E-Projektes durch das BMBF
gefördert. (Förderkennzeichen: 02PV19027)
GFE - Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung e.V./
Institut für Werkzeugtechnik und Qualitätsmanagement
Am Bad 2
98574 Schmalkalden
Tel: (03683) 69 00-22;
e-mail: [email protected]
Fax: (03683) 69 00-16
Ansprechpartner:
Dipl.-Phys. H.-W. Lahmann
Dipl.-Ing. (FH) G. Begau