Stationäre Profilometer (Rauheit und Profil)

Stationäre Profilometer für Rauheit und Profil sind messtechnische Laborstationen für die kombinierte Messung der Oberflächenrauheit und des makroskopischen geometrischen Profils (Form, Welligkeit) mechanischer Bauteile. Gegenüber mobilen Rauheitsmessgeräten bieten sie eine höhere messtechnische Leistung hinsichtlich Genauigkeit, Wiederholbarkeit und erweiterter Auswertung, die Möglichkeit motorisierter Messungen über lange Strecken sowie die Anbindung an CAD-Systeme für den Vergleich mit den Sollzeichnungen. Sie sind das Referenzgerät für Präzisionsprüfungen an Formen, Bauteilen der Luft- und Raumfahrt und hochwertigen Motorenteilen sowie für die Qualifizierung von Fertigungsverfahren.

Ausführungen

Stationäre Profilometer bestehen aus: einer Referenzbasis aus Granit hoher Ebenheit, einem motorisierten Führungsarm (typischer Verfahrweg 50-200 mm) mit hochauflösendem Messsystem, einem Tastsystem mit Diamantspitze und vertikalem Wegaufnehmer (induktiv oder LVDT, mit Auflösungen bis 0,1 nm an den fortschrittlichsten Modellen), einem Positioniersystem für das Werkstück (Kreuztisch, Drehtisch) und einem eigenen PC mit leistungsfähiger Auswertesoftware. Es gibt kombinierte Modelle, die im selben Gerät die Rauheitsmessung (genormte Cut-off-Werte) und die Profilmessung (Form und Welligkeit) vereinen.

Messmöglichkeiten

Typische Leistungsdaten sind: vertikale Auflösung 0,1 nm bis 10 nm, vertikale Genauigkeit ±1-5 nm, vertikaler Messweg 1-5 mm, horizontaler Verfahrweg 50-200 mm und horizontale Genauigkeit in der Größenordnung einiger µm. Berechnet werden können alle Parameter nach ISO 4287 (2D) und ISO 25178 (flächenhaft 3D, mit Rasterabtastung). Zu den erweiterten Funktionen gehören die Mehrfach-Cut-off-Filterung, die Auswertung der Abbott-Firestone-Kurve, die Berechnung der funktionalen Parameter Rpk/Rk/Rvk, die Periodizitätsmessung und die Beurteilung besonderer Profile (Zahnstangen, Zahnräder, Gewinde).

Messung des geometrischen Profils

Neben der Rauheit erlauben Profilometer die Messung des makroskopischen geometrischen Profils: Abstände, Winkel, Radien, Radius Compensation, Vergleich mit dem CAD-Sollmodell, Berechnung von Geradheit, Parallelität und Rechtwinkligkeit über die gemessenen Strecken. An den fortschrittlichsten Modellen erlaubt die Kombination von Rauheit, Profil und Welligkeit in einem einzigen Messlauf die vollständige Charakterisierung einer Oberfläche mit nur einer Aufspannung. Der motorische Antrieb ermöglicht die Aufzeichnung langer Profile ohne Eingriff des Bedieners.

Anwendungen

Stationäre Profilometer werden in hochwertigen Qualitätslaboren eingesetzt: Luft- und Raumfahrt (Turbinenschaufeln, Rotorwellen, Strukturbauteile), Automotive (Nocken, Injektorsitze, Ventilsitze, Kolbenringe, Kurbelwellen), Optik (Linsen, Spiegel, Fassungen), Mikromechanik (Miniaturlager, MEMS) und Medizintechnik (Gelenkprothesen, Osteosyntheseschrauben, chirurgische Instrumente). Sie werden außerdem in Forschung und Entwicklung neuer Fertigungsverfahren (Schleifen, Läppen, Polierwalzen, Electropolish-Finish) und bei der Charakterisierung funktionaler Beschichtungen eingesetzt.

Normen und Kalibrierung

Bezugsnormen sind ISO 4287, ISO 4288, ISO 12179, ISO 16610 und ISO 25178 (flächenhafte 3D-Parameter). Für die Profilmessung gelten außerdem ISO 12781 (Ebenheit) und ISO 12780 (Geradheit). Die periodische Kalibrierung erfolgt mit nach ISO 17025 zertifizierten Normalen: Rauheitsnormale, sinusförmige Profile, Kugeln bekannten Radius für die Überprüfung des Tastsystems und Endmaße hoher Präzision für die Längenprüfung. Der Messraum ist zu klimatisieren (typischerweise 20 °C ±0,5 °C), um die beste messtechnische Leistung zu erreichen.

Auswahlkriterien

Bei der Wahl des passenden Profilometers sind zu berücksichtigen: der erforderliche vertikale und horizontale Bereich, die geforderte Auflösung (optisch bearbeitete Oberflächen erfordern subnanometrische Auflösung), die Fähigkeit zur kombinierten Messung von Rauheit und Profil, der Antrieb (manuell, CNC), die Auswertesoftware (2D- oder 3D-Funktionen) sowie die Anbindung an die LIMS- und CAD-Systeme des Unternehmens. Für Labore, die einem einzigen Produkt gewidmet sind, empfehlen sich spezialisierte Modelle; für Labore mit mehreren Anwendungen sind modulare Modelle vorzuziehen.