WM | RS-C - optyczny, krótko koherentny pomiar chropowatości

Oprócz dokładności wymiarowej i odchyłki położenia, chropowatość coraz częściej staje się głównym celem zapewnienia jakości w produkcji części. Właściwości funkcjonalne i struktury powierzchni komponentów muszą być badane w celu zagwarantowania takich właściwości, jak uszczelnienie, smarowanie, tarcie i zużycie. Dlatego coraz częściej w środowisku CMM mierzy się struktury mikroskopowe i charakteryzuje je za pomocą parametrów chropowatości.

Publikacja w inVISION we wrześniu 2020 r.

Jednak znane, oparte na profilach parametry chropowatości Ra i Rz dostarczają jedynie ograniczonych informacji ze względu na metodę obliczeniową. Dlatego konieczne jest dodatkowe wyprowadzenie z danych pomiarowych parametrów zorientowanych na funkcje, które są oparte na analizie rozkładu materiału (np. Rk, Rpk i Rvk), oraz dodatkowe uwzględnienie parametrów 3D (np. Sa lub Sz). Te ostatnie mają wyraźną przewagę nad opartą na profilach zasadą pomiarową sond dotykowych ze względu na pomiar dwuwymiarowy i lepszą ocenę statystyczną. Jest to jeden z powodów, dla których optyka zyskuje coraz większe uznanie w zastosowaniach przemysłowych.

Aby uwzględnić ten trend w środowisku CMM, korzystne jest nie tylko określenie odchyłek kształtu i położenia, ale także możliwość mikroskopowej oceny jakości powierzchni w ramach zautomatyzowanych procesów pomiarowych. Za pomocą maszyn współrzędnościowych tworzone jest odniesienie 3D do przedmiotu obrabianego lub procesu produkcyjnego, a tym samym ustalane jest odniesienie do geometrii elementu. Nowy WENZEL czujnik WM | RS-C idealnie nadaje się do zastosowania w tym obszarze aplikacji.

Rysunek 1: Interferometr światła białego WM | RS-C do pomiaru chropowatości i mikrostruktur w widoku szczegółowym

W przypadku nieniszczących, optycznych pomiarów topografii czujnik ma interesujące, unikalne zalety: WM | RS-C to interferometr do pomiarów powierzchniowych o rozdzielczości FULL HD (1920 X 1080), łączący ekstremalną rozdzielczość pionową interferometru (w zakresie nanometrów) z ekstremalną rozdzielczością boczną wynoszącą zaledwie 55 nm (obiektyw 100X). Czujnik może współpracować z napędem piezoelektrycznym lub siłownikiem zewnętrznym i umożliwia optyczną analizę najdrobniejszych mikrostruktur aż do fizycznej granicy dyfrakcji. Tak drobnych struktur nie można wykryć za pomocą niszczących sond pomiarowych ze względu na ciśnienie Hertziana i filtrowanie profilu morfologicznego (spowodowane stosunkowo dużymi promieniami końcówki sondy, wynoszącymi od 2 do 5 µm). Fakt ten sprawia, że czujnik jest interesujący w wielu zastosowaniach, takich jak pomiar powierzchni szlifowanych, polerowanych, docieranych i gładzonych. Zastosowania w technologii półprzewodników, produkcji płytek, mikrostruktury technicznej i technologii medycznej uzupełniają zakres zastosowań czujnika, nawet w bardzo wymagających obszarach. Ze względu na dwuwymiarową zasadę pomiaru czujnik umożliwia również znacznie lepszą ocenę statystyczną powierzchni w porównaniu z dotykowymi systemami pomiarowymi. Wiedza ta stopniowo zyskuje akceptację w zastosowaniach przemysłowych i wpływa również na standaryzację chropowatości (np. standaryzacja parametrów chropowatości 3D).

WM | RS-C umożliwia pomiar i eksport topografii, chmur punktów i triangulowanych siatek STL z ponad 4 milionami trójkątów na pojedynczy pomiar. Dane pomiarowe można uzyskać w czasie krótszym niż 30 sekund. Na koniec, na podstawie danych pomiarowych przeprowadzane są analizy chropowatości 2D i 3D zgodnie z normą DIN EN ISO, a parametry chropowatości są przedstawiane w postaci raportu.

Rys. 2: Przykładowe przedstawienie mikroskopijnych powierzchni mierzonych za pomocą nowego WENZEL czujnika chropowatości WM | RS-C. U góry po lewej: Super drobny standard chropowatości. Górna prawa: Wzorzec regulacji głębokości (wzorzec rowka o głębokości rowka 75 nm). U dołu po lewej: Aluminium w podłożu. Na dole po prawej: Skala szklana ze strukturą periodyczną.

Kolejną cechą szczególną WM | RS-C jest jego rozmiar, który został osiągnięty dzięki optymalizacji drogi wiązki: Czujnik jest nie większy od standardowego smartfona, a dzięki zgodnemu z wymogami przemysłu interfejsowi Gigabit Ethernet można go szybko i łatwo dostosować do istniejących maszyn współrzędnościowych. Nowe algorytmy oceny umożliwiają pomiar nawet w obecności drgań pochodzących z maszyny lub otoczenia, co obiecuje ogromny potencjał, zwłaszcza w środowisku produkcyjnym. Umożliwia to obsługę czujnika na maszynach współrzędnościowych, takich jak WENZEL LH, WENZEL CORE lub na ramionach robotów w obszarze hali produkcyjnej. Dzięki opcjonalnej adaptacji CMM możliwe jest również stworzenie globalnego odniesienia współrzędnych pomiędzy topografią mikroskopową a układem współrzędnych maszyny lub przedmiotu obrabianego. W związku z tym możliwe są również aplikacje wieloczujnikowe w różnych zakresach skali.

Oprócz aspektów technicznych, oprogramowanie sterujące i oceniające WM | RS-C jest kolejnym centralnym elementem w praktycznym zastosowaniu czujnika: czujnik jest obsługiwany przez oprogramowanie WM | PointMaster. Zapewnia to własny moduł do akwizycji danych i sterowania czujnikami. Oprogramowanie zawiera także własne narzędzie do oceny chropowatości, które można wykorzystać do analizy powierzchni pod kątem chropowatości zgodnie z normami. Za pomocą tego oprogramowania można interaktywnie definiować na powierzchni przekroje profili i krzywe splajnowe. W związku z tym możliwe są analizy chropowatości, które wykraczają daleko poza czysto liniowe oceny. Wdrożone normy obejmują DIN EN ISO 16610 (do filtrowania zgodnego z normą), DIN EN ISO 4287 (do obliczania parametrów chropowatości, takich jak Ra i Rz) oraz DIN EN ISO 13565 (do obliczania parametrów opartych na Abbotcie, takich jak Rk, Rvk i Rpk). Ponadto bez ograniczeń można wykonywać analizy zmierzonych chmur punktów lub siatek STL (na przykład mikropowierzchni).