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EFB-Forschungsbericht Nr. 132

Online 3D-Erfassung der Oberflächenstrukturen von Feinblechen und Werkzeugen

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Klaus Siegert, Dipl.-Ing. Necdet Dogan, Institut für Umformtechnik der Universität Stuttgart

96 Seiten (Sw 62, teils farbige Abb.)

ISBN: 978-3-86776-264-9

Preis (Digital) EUR 45,00

Preis (Print) EUR 50,30

Schlagworte: 3D-Erfassung

Zusammenfassung

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens war die Online 3D-Erfassung der Oberflächenstrukturen von Feinblechen und Werkzeugen vor und nach der Umformung bzw. nach vorgegebenen Abpressungen mit anschließender Auswertung und Bewertung der Messergebnisse.

Auf Anregung des Instituts für Umformtechnik der Universität Stuttgart wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut für Technische Optik der Universität Stuttgart ein Streifenprojektions-Oberflächenmessgerät so modifiziert, dass es als portables Gerät im Presswerk eingesetzt werden kann. Mikrooberflächen von Blechen und Werkzeugen können hiermit in Millisekunden berührungslos dreidimensional messtechnisch erfasst werden.

Es wurden sowohl die Strukturen von Werkzeugoberflächen als auch von Blechoberflächen erfasst. Dabei wurde auch der Einfluss der Schmierstoffmenge bei der Erfassung der Oberflächenstrukturen von Feinblechen näher untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass Schmierstoffmenge unter 0,05 g/m2 bei der Oberflächenaufnahme noch zulässig sind. Für polierte Oberflächen ist eine Reinigung der Oberfläche jedoch empfehlenswert. Anhand eines PTB-Rauhnormals, mit Angaben zu Rauhwerten und Profilschrieben aus dem amtlichen Kalibrierschein der Physikalisch Technischen Bundesanstalt, wurden die Genauigkeit der gemessenen Oberflächendaten bestätigt.

Unabhängig von der Messfeldgröße werden stets 1,339.000 Messpunkte mit einer hochauflösenden CCD- Kamera im Raster 1300 x 1030 aufgenommen. Die Messfeldgröße beträgt bei allen Proben 3,57 mm x 2,74 mm, dies entspricht einer Auswertefläche von 9,78 mm2. Eine Auswertefläche von mindestens 9 mm2 wird erreicht. Dadurch ist eine zuverlässige Messung der Flächenanteile innerhalb enger Toleranzen ohne aufwendige Vergleichsmessungen möglich. Der portable Oberflächensensor kann sowohl im Laboreinsatz als auch in einer Pressenstraße beim Messen der Oberflächenstrukturen von Fertigteilen und Werkzeugoberflächen eingesetzt werden, Mit diesem entwickelten portablen Sensor eröffnen sich neue Anwendungsmöglichkeiten, z.B, im Bereich der Fertigung in einer Pressenstraße. Damit werden weitere Methoden zur Verbesserung des Herstellungsprozesses und der Qualitätssicherung erreicht. Als Online-Kontrolle sollen damit auch Werkzeugoberflächen auf ihren Werkstückoberflächen bei der Wareneingangsprüfung, überprüft werden.

Software zur Berechnung der 3D Kenngrößen

Zur Erfassung und Auswertung der Oberflächenstrukturen wurden die Softwarepakete "M"-ITO (Institut für Technische Optik der Universität Stuttgart) und "IFU3D" mit modularem Aufbau entwickelt Im "M"-Programm werden die heute gebräuchlichen 2D-Oberflächenkenngrößen wie Ra, Rz oder Rmax sowie andere Kenngrößen nach DIN 4768 ermittelt. Bei der Ermittlung der Kennwerte besteht die Möglichkeit, mit verschiedenen Wellenfiltern, die Topographie zu filtern. Das Programm "IFU3D" ermöglicht die Beschreibung von Mikrooberflächen durch 3D-Kenngrößen.

Dieses Programm wurde am Institut für Umformtechnik der Universität Stuttgart IFU entwickelt. Hier werden die dreidimensionalen Oberflächenkenngrößen wie Flächenanteile, Anzahl und durchschnittliche Größen dieser Anteile berechnet. Die berechneten Daten werden in einer ASCII-Datei abgespeichert und können auch mit anderen Programmen betrachtet und dargestellt werden.

Das Forschungsvorhaben „Online 3D-Erfassung der Oberflächenstrukturen von Feinblechen und Werkzeugen“ wurde unter der Fördernummer AiF 10871B von der EFB e.V finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 132 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.   

Inhalt

1 Einleitung
2 Stand der Kenntnisse
2.1 Einfluß der Oberflächenstrukturen von Blechen auf das tribologische Verhalten
2.2 Einfluß der Oberflächenstrukturen von Werkzeugen auf das tribologische Verhalten
2.3 Meßgeräte zur Erfassung der Oberflächenstruktur
2.3.1 Tastschnittgeräte
2.3.2 Infrarot-Laser
2.3.3 Streifenprojektionsgerät
2.3.4 Oberflächenstrukturen von Feinblechen
2.4 Definition der 3D-Oberflächenkenngrößen
3 Zielsetzung und Vorgehensweise
3.1 Zielsetzung
3.2 Vorgehensweise
3.2.1 Systemkonzept "IFU3D"
3.2.2 Modifikation des3D-Oberflächenmeßgerätes
3.2.3 Erprobung
4 Entwicklung des portablen Oberflächensensors TOPMESS-3D
4.1 Programm zur meßtechnischen Erfassung der Oberflächen
4.2 Analyseprogramm zur Bestimmung der 3D-Kenngrößen
4.2.1 3D-Oberflächenkenngrößen
4.3 Aufbau des Oberflächensensors
4.4 Messungen an einem Rauhnormal
4.5 Meßparameter zur Ermittlung der Kennwerte
4.5.1 Anzahl der Schnitte
4.5.2 Auflösung und Berechnungsmethode
4.5.3 Berücksichtigung aller Flächenanteile und deren Anzahl
4.5.4 Einfluß des Schmierstoffes
4.5.5 Messungen an Blechoberflächen
4.5.6 Messungen an Werkzeugoberflächen
4.5.7 Einsatz des Sensors im Presswerk
5 Zusammenfassung
6 Literatur
Anhang I: Beispiele Blechoberflächen
Anhang II: Unterschiedliche Darstellungsformen zur Dokumentation der Ergebnisse