Rauheitsmessung: Optisches Spezial-Messsystem für perfekte Ergebnisse

ZF Friedrichshafen produziert im Werk Eitorf unter anderem elektronisch geregelte Stoßdämpfer für Autos und Schienenfahrzeuge. Die Oberflächenqualität dieser Produkte stellt ein Messsystem (Rauheitsmessung) von OptoSurf sicher. Mathias Balensiefer, Mitarbeiter im Advanced Process Development des nordrheinwestfälischen Werks Eitorf, kommentiert: „Das Messsystem bietet uns eine ganze Reihe von Vorteilen gegenüber Tastschnittgeräten: Zu nennen sind hier zuallererst das kontaktlose Messen sowie die schnelle Messdatenerfassung in weniger als fünf Sekunden.“

Rauheitsmessung optimiert Prozess

Mit dem Messsystem OptoScan lassen sich Gasfedern oder Stoßdämpferstangen – bei denen die Reibung eine große Rolle spielt – in Sekunden vermessen. Funktionsuntersuchungen von Automobilzulieferern bestätigen, dass der dabei ermittelte Rauheitskennwert Aq direkt das Reibverhalten widerspiegelt und Fertigungsprozesse damit optimiert werden können. Daher ist das Messsystem fest in der Fertigung von ZF als Messmittel zur Qualitätssicherung verankert.

Messsystem bringt neue Werte ins Fertigungsgeschehen

Das Reibverhalten von mechanischen Komponenten im Automobilbau hat in der modernen Fertigung eine besondere Bedeutung. Traditionell wird die Rauheit mit den Kennwerten Ra und Rz beschrieben. Diese erfassen aber nur die Höhenwerte und können keine Aussagen über die Funktion beziehungsweise die tatsächlichen Reibeigenschaften des jeweiligen Bauteils treffen. Denn Reibung wird im Wesentlichen über die Verteilung der Profilwinkel bestimmt. Viele steile Winkel bedeuten eine größere Reibung, flache Winkel hingegen optimieren die gewünschte Eigenschaft.

Der Messparameter für die Profilwinkel ist der Rdq-Wert, der sich mit taktilen Tastschnittgeräten jedoch relativ unzuverlässig messen lässt. Dies liegt auch daran, dass die Tastschnittprofile immer etwas verrauscht sind und deshalb eine Berechnung des Rdq-Wertes mit Unsicherheiten behaftet ist. Hier hat die optische Streulichtmethode den großen Vorteil, dass sie die Profilewinkelverteilung direkt messen kann. Der aus der Streulichtverteilung gemessene Aq-Wert (Varianz der Verteilung) kann direkt mit dem Rdq-Wert verglichen werden – mit dem Vorteil, dass er sehr viel stabiler ist.

Wie die Messvorrichtung arbeitet

Herzstück der Messvorrichtung ist ein Streulichtsensor, der nach der VDA 2009 Richtlinie arbeitet und über ISO-17025-zertifizierte Normale rückführbar ist. Zu den Hauptanwendungen gehören neben der Rauheitsmessung von Oberflächen auch Form- und Welligkeitsmessungen. Seine Stärke spielt der Sensor dort aus, wo ganzflächige Messungen neue Möglichkeiten in der Prozessanalyse und Qualitätssicherung versprechen. Ein taktiles oder konfokales Messsystem hingegen würde nur einen winzigen Bruchteil der Funktionsfläche erfassen.

Wegen des optischen Winkelmessprinzips und der damit verbundenen Abstandsunempfindlichkeit des Streulichtsensors wirken sich kleine mechanische Ungenauigkeiten in der Bewegungsachse nicht aus, sodass Oberflächen mit sehr geringer Rauheit ohne Störsignale gemessen werden können.

Der Autor Theo Drechsel ist freier Fachjournalist in München.

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