White Point Interferometrisches Messsystem für Form und Lagemessungen

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Louisa Günther
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1 White Point Interferometrisches Messsystem für Form und Lagemessungen Ralf Kochendörfer, Robert Bosch GmbH 1

2 Anforderungen an die Messtechnik Kegel: -Winkel - Rundheit - Geradheit Zylinder: - Rundheit - Geradheit - Parallelität - Durchmesser Kegel - Zylinder: - Kante - Rundlauf - Höhenmaß kleine Formtoleranzen ( < 1µm) hohe vertikale Auflösung ( ~ 1nm) hohe laterale Auflösung ( < 10 µm) hohe Messfrequenz ( > 10 khz) flächenhafte Messungen kleine Abmessungen geringe Messkosten empfindliche Oberflächen Mikrobohrung Ø 100 µm 2

1µm) hohe vertikale Auflösung ( ~ 1nm) hohe laterale Auflösung ( < 10 µm) hohe Messfrequenz ( > 10 khz)

3 Grundlagen Interferometrie Punktmessung (WhitePoint) Referenzobjekt Drehung Verschiebung Messobjekt Fokussierungslinse Lichtquelle Strahlteiler Photoempfänger Form = Formabweichung von Referenzfläche die durch Bewegungen des Referenzpunkts beschrieben wird 3 MMS Robert Bosch GmbH Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,

Referenzfläche die durch Bewegungen des Referenzpunkts beschrieben wird 3 MMS 25.05.

4 Transferfunktion optisch/taktil Optische vs. taktile Messtechnik Licht Interferometrischer Abstand: - geometrischer Abstand - Mikroprofil - optische Elemente Abstand (µm) Interf. Messung Taktile Messung Raue Oberfläche Taktiler Tastarm Simulation 4 MMS Robert Bosch GmbH Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,

5 Transferfunktion optisch/taktil Optische vs. taktile Messtechnik Flächenneigung ½ β Messung nicht möglich! ½β β Achtung bei Sägezahn-Profilen Max. Intensität Raue Oberfläche 5 MMS Robert Bosch GmbH Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,

½β β Achtung bei Sägezahn-Profilen Max. Intensität Raue Oberfläche 5 MMS 25.

6 Vorteile eines Interferometers Wiederholbarkeit 3D Flächen Innenzylinder Lage1: Rundheit 1,840 µm Lage2: Rundheit 1,150 µm Messlage 1 Ringmessung: Rundheit 0,540 µm (Filter 50 W/U) Messlage 2 Höhendifferenz der Messlagen ca. 10 µm Flächenmessung stabilisiert die Ergebnisse! 6

Messlage 1 Ringmessung: Rundheit 0,540 µm (Filter 50 W/U) Messlage 2

7 Messen und Visualisierung der Feinstruktur Form und Rauhigkeitsmessung an einem Zylinder Lichtstrahl Linse 8 µm Lichtspot 7 Rundheit in der Ebene 3D Darstellung Mikro und Makrostruktur können gleichzeitig gemessen werden

8 µm Lichtspot 7 Rundheit in der Ebene 3D Darstellung

8 Anbindungen an Formmessmaschinen MFU100/110WP Universelles Formprüfgerät mit höchster Präzision Optische und taktile Messungen, auch in einer Spannung möglich. Flächenhafte Datenaufnahme, Auswertung und Visualisierung. Flächenhafte Aussage über Rauhigkeit Bis zu 12 mal schnellere Drehgeschwindigkeit gegenüber taktil Messgerät für Labor und Fertigung (Klimakonzept vorhanden) 8

Flächenhafte Datenaufnahme, Auswertung und Visualisierung.

9 Anbindungen an Formmessmaschinen FMS1000 Drehzahl: bis 1000 U/min Tiefenauflösung 1 nm Abtastrate 20 KHz Tastarme ab Durchmesser 0,7 mm Berührungsloses Abtasten mit WP-Technologie Flächenhafte Beurteilung der Oberflächenstruktur Extraktion der Merkmale aus einem Datensatz Form und Durchmessermessungen möglich Schlüsselkomponente durch RB-Patente abgesichert 9 MMS Robert Bosch GmbH Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,

der Merkmale aus einem Datensatz Form und Durchmessermessungen möglich Schlüsselkomponente durch RB-Patente abgesichert 9

10 Anbindung an eine Koordinatenmessmaschine Altera Nano Formmessungen an Mikrobohrungen ab 80 µm Ø Lage der Mikrobohrungen im Raum zueinander Ermittlung der absoluten Ø der Mikrobohrung Vollautomatischer Messablauf mit Bildverarbeitung Vollautomatische Kalibrierung der Fasertaster Flächenhafte Datenaufnahme, Auswertung und Visualisierung. 10

Mikrobohrung Vollautomatischer Messablauf mit Bildverarbeitung Vollautomatische

11 Optische Abtastelemente Interferometrisches Messsystem WhitePoint 35 µm Auswerteeinheit Prismatastarm Fasertastarm 11

12 Optische vs. taktile Messtechnik Optische Maschine FMS1000 Taktile Maschine MFU PA-ATMO1/SGT Robert Bosch GmbH Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,

Maschine MFU100 12 PA-ATMO1/SGT23 25.05.

13 Taktile und flächenhafte Messtechnik Beurteilung aus einem linienhaften Datensatz Beurteilung aus einem flächenhaften Datensatz [µm] [µm] [µm] -2 nm m µm 0 10µm [µm] [µm] 5 nm 13 MMS Robert Bosch GmbH Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung,

-10 m 90 50 50 500µm 0 10µm 0 1 2 3 4 [µm] 5 0 1 2 3 4 [µm] 5 nm 13 MMS 25.05.

14 Vorteil berührungsloses Messen Messung der Parallelität taktil / optisch Taktile und optische Parallelitätsmessung an einer 40 mm langer Nadel mit Ø 2,5 mm Parallelism [µm] Optischer Tastarm Taktile Messung 14

Parallelitätsmessung an einer 40 mm langer Nadel mit

15 Vorteil berührungsloses Messen Nadel mit 1,0 mm Durchmesser Rundheit optisch 0,4 µm Rundheit taktil 0,4 µm Parallelität optisch 1,6 µm Parallelität taktil 3,0 µm Berührungsloses Messen zeigt die wahre Parallelität 15

0,4 µm Parallelität optisch 1,6 µm Parallelität

16 Applikatiosbeispiel kurze Helix Auswertung Rundheit aus kurzer Helix Auswertung Geradheit und Parallelität, gemessen mit Multilinie Messung am Diesel-Magnet-Ventil DMV 16 komplette Helix am oberen Zylinder komplette Helix am unteren Zylinder komplette Helix über beide Zylinder

Messung am Diesel-Magnet-Ventil DMV 16 komplette Helix am oberen

17 Applikatiosbeispiel Messungen an unterbrochenen Profile Kurze Helix Rundheit aus Helix Gesamthelix 17

18 Applikatiosbeispiel Messung während den Schleifversuchen Messung nach den Schleifversuchen Durch die flächenhaften Messungen, konnte der Spann- und Schleifprozess optimiert werden. 18

19 Applikationsbeispiel Form und Durchmessermessung an kleinen Baugeometrien ( Durchmesser außen 1,6 mm / innen 1,1 mm ) 19

20 Vermessen von Mikrobohrungen Altera Nano 35 µm 20

21 PTB Mikro-Bohrungsnormal Messungen an zwei Standorten Stnadort_1 Standort_2 21

22 Visualisierung von gemessenen Profile [µm] µm 10µm Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 22

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