Sie arbeiten mit Oberflächen-Messtechnik und haben sich manchmal schon gefragt: Welche Normale sind notwendig und welche Zertifikate erforderlich? Wie oft muss eine Rekalibrierung durchgeführt werden? Welche Überprüfungen/Kalibrierungen kann man selbst durchführen? Wann wird ein DAkkS / DKD- und wann ein Werkskalibrierschein gebraucht? Wenn das nächste Audit kommt, was stellt die Rückführung/-verfolgbarkeit sicher? Was fordern die internationalen Kunden? Lesen Sie hier über den Einsatz und die Kalibrierung von Oberflächennormalen für Rauheitsmessgeräte – also Tastschnittgeräte nach ISO 3274.

Präzise und zuverlässige Messungen sind die Voraussetzungen für jede qualitativ hochwertige Industrieproduktion. Mess- und Prüfeinrichtungen werden zur quantitativen Bestimmung von Eigenschaften sowie zum Steuern, Regeln und Automatisieren in der Fertigung genutzt. Messungen sind damit ein wichtiger Bestandteil der industriellen Qualitätssicherung. Messergebnisse und Prüfentscheide sind nur dann zuverlässig, wenn sie mit kalibrierten Messgeräten ermittelt wurden. Das heißt: dass die Abweichung der Anzeige vom richtigen Wert bekannt ist. Dies gilt insbesondere vor dem Hintergrund der internationalen Normen für Qualitätsmanagementsysteme - ISO 9000, aber auch im Zusammenhang mit Forderungen bei der Produkthaftung und im Umweltschutz. Normale und Tastschnittgeräte werden gemäß der Richtlinie DKD-R 4-2 „Kalibrieren von Messgeräten und Normalen für die Rauheitsmesstechnik“ im Deutschen Kalibrierdienst, kalibriert. 

Blick in das DAkkS/DKD-Labor vom Messtechnik- und Anwendungsspezialisten Mahr in Göttingen

Oberflächennormale sind Maßverkörperungen zum Kalibrieren der messtechnischen Eigenschaften von Tastschnittgeräten. 

Oberflächennormale Typen und Benennung 

Normale gemäß ISO 5436-1 werden eingesetzt, um Messungen am Produkt an das internationale Einheitensystem SI anzuschließen. Je kleiner die angegebene Messunsicherheit des Normals und der Messmaschine, desto mehr Spielraum verbleibt der Produktion bei der Fertigung des Produkts. Nachfolgend werden die im Markt eingesetzten Oberflächennormale, deren Eignung und Anwendung sowie deren Kalibriermöglichkeiten aufgezeigt. 

Tiefeneinstellnormal nach ISO 5436-1, Typ A

Tiefeneinstellnormal mit sechs Rillen

Tiefeneinstellnormale werden zum Justieren und Kalibrieren der Vertikalvergrößerung von Tastschnittgeräten gebraucht. Sie stellen den Anschluss der vertikalen Rauheitsmessgrößen an die SI-Längeneinheit her und sichern somit die Rückverfolgbarkeit auf nationale Normale. Handelsüblich sind Rillen mit flachem und gerundetem Grund, wobei die Breite der Rille ein Vielfaches der Tiefe beträgt. Bei statischer Kalibrierung erfolgt das Anfahren des Rillengrundes vom angrenzenden, ebenen Planglasbereich durch manuelle Verschiebung des Normals. Beim Kalibrieren von Kufentastern darf die Kufe nicht gleichzeitig in die Rille eintauchen. Bei dynamischer Prüfung erfolgt die Auswertung entweder manuell am Profilschrieb oder durch Softwaretools, welche Teilbereiche des Tastschnittprofils vor und hinter der Rille sowie im Rillengrund durch Regressionselemente nachbilden. Bei der Kalibrierung werden üblicherweise 5 bis 7 parallel zueinander verschobene Profilschnitte rechtwinklig zur Rille ausgeführt. Im Kalibrierschein werden die Profiltiefen der zugehörigen Messorte auf der Rille angegeben. Mit Tiefeneinstellnormalen aus Glas kann auch eine Prüfung der Führung, die in das Vorschubgerät eingebaut ist, auf dem Planglasbereich seitlich bzw. zwischen den Einstellrillen vorgenommen werden.

Profilschrieb einer Rille am Tiefeneinstellnormal

Tastspitzenprüfeinrichtung nach ISO 5436-1, Typ B

Tastspitzenprüfnormal

Der Zustand und der Radius einer Tastspitze kann durch Abtasten „scharfer“ Kanten ermittelt werden. Wenn der Radius der angetasteten Kante sehr viel kleiner als der Radius der Tastspitze ist, dann ist der aufgezeichnete Radius ungefähr gleich dem Radius der Tastspitze. Eine quantitative Aussage zum Tastspitzenradius ist schwierig aber eine qualitative Aussage zum Zustand sehr gut zu visualisieren.

Profilschrieb einer defekten Tastspitze

Geometrie-/Rillenabstandsnormal nach ISO 5436-1, Typ C

Geometrienormal aus Glas

Geometrie- und Rillenabstandsnormale aus Glas werden zum Überprüfen und Kalibrieren von Rauheitsmessgeräten eingesetzt. Diese Normale dienen hauptsächlich der Kalibrierung vertikaler Profilkomponenten, z. B. Ra, Rz und Rmax. Sie dürfen aber auch zur Kalibrierung horizontaler Profilkomponenten, z. B. RSm eingesetzt werden, wenn der Abstand der Rillen innerhalb der vorgegebenen Grenzen gehalten wird. Mit Rillenabstandsnormalen wird die Prüfung der Übertragungseigenschaften für mehrere Rillenabstände und Amplituden ermöglicht. Neben den sinusförmigen Profilen gibt es gleichschenklig dreieckige Rillenprofile und bogenförmige Profile. Die größte Verbreitung haben Geometrienormale mit angenähert sinusförmigem Rillenprofil, die unabhängig von Filter und Tastspitzengeometrie zum dynamischen Überprüfen und Kalibrieren von Tastschnittgeräten eingesetzt werden. Bei der Kalibrierung werden üblicherweise 12, über die Messfläche verteilte, Messungen rechtwinklig zum Rillenfeld ausgeführt. Angegeben werden die Mittelwerte der Kenngrößen gemäß ISO 4278 (Ra, Rz...) und Kenngrößen gemäß ISO 13565 (Rk, Rpk, Rvk...) sowie Kenngrößen gemäß ISO 12085 (R, AR...). Mit Rillennormalen aus Glas kann eine Prüfung der Vorschubgerätereferenz auf dem Planglasbereich seitlich des Rillenfeldes vorgenommen werden.

Profilschrieb Geometrienormal aus Glas 

Metallisches Geometrienormal nach ISO 5436-1, Typ C

Metallisches Geometrienormal

Gedrehte metallische Geometrienormale mit periodischem Rillenprofil werden zur dynamischen Prüfung von Tastschnittgeräten eingesetzt. Das weiche Messing-Grundmaterial ist mit einer Chrom-Schutzschicht versehen um die Standzeit zu erhöhen. Der Einsatz erfolgt fertigungsnah. 

Profilschrieb gedrehtes metallisches Geometrienormal 

Metallisches geschliffenes Raunormal nach ISO 5436-1, Typ D1

Geschliffenes Raunormal

Geschliffene Raunormale aus nichtrostendem Stahl werden zum Kalibrieren und Prüfen des vollständigen Tastschnittgerätes verwendet. Die Normale sind mit einer bekannten Rauheit versehen und gestatten eine Überprüfung der gesamten Messkette von Tastnadel (Tastspitzenradius), Taster, Messverstärker, Profilfilter, Profilauswertung bis zur Messwertanzeige und zum Profilschreiber. Im Unterschied zu den Geometrienormalen zeigen sie eine konstant sich wiederholende, unregelmäßige Profilform, die Welligkeit und Rauheit mit unterschiedlichen Amplituden, Wellenlängen und Phasenlagen enthält. Unabhängig von der Startposition werden immer in etwa gleiche Profilanteile erfasst. Der Taster erfährt beim Abfahren der Taststrecke in etwa dieselbe Dynamik wie bei einer zu messenden, industriell gefertigten Werkstückoberfläche. Neben den Kenngrößen gemäß ISO 4278 (Ra, Rz...) können Kenngrößen gemäß ISO 13565 (Rk, Rpk, Rvk...) ermittelt werden.


Profilschrieb geschliffenes Raunormal

 

Superfeines gedrehtes metallisches Raunormal nach ISO 5436-1, Typ D2

Superfeines Raunormal

Gedrehte Raunormale mit Rz- Werten zwischen 150 und 450 Nanometer werden in schwingungsarmer Umgebung auf Messplätzen zur Kalibrierung feinster Oberflächen verwendet. Der Einsatz erfolgt wie bei geschliffenen  metallischen Normalen vom Typ D1.

Profilschrieb superfeines Raunormal 

Planglasplatte

Prinzipskizze Planglas

Zum Bestimmen der Messplatzruhe sowie zum Prüfen der Führung bzw. Führungsabweichung der Vorschubgeräte sind kratzerfreie Planglasplatten erforderlich. In Kalibrierscheinen von Oberflächennormalen wird zur Dokumentation der Umgebungsbedingungen des Messplatzes der Rz0-Wert angegeben. Dieser Wert wird durch die Messung auf einer Plan-glasplatte ermittelt und zeigt die Summe der Führungsabweichungen sowie den Einfluss der Umgebungsbedingungen und des Messaufbaus in einem Kennwert. Bei Geometrienormalen und bei Tiefeneinstellnormalen aus Glas können die Prüfungen seitlich des Rillenfeldes bzw. zwischen den Rillen auf dem Planglasbereich ausgeführt werden.

Profilschrieb Planglas

Oberflächen Kombinormal nach ISO 5436-1, Typ A und C sowie mit Planglasbereich

Oberflächenkombinormal

Eine Kombination aus Planglasplatte, Tiefeneinstell- und Raunormal bietet das Kombinormal. Die Planfläche dient zur Prüfung der Führung und der Messplatzruhe. Die Rille kalibriert die vertikale Auslenkung der Tastspitze und der sinusförmige Rauheitsbereich stellt Kennwerte wie Ra, Rz und Rmax zur Verfügung.

Profilschrieb Oberflächenkombinormal – hier der Rauheitsbereich 

Kalibrierung im DAkkS / DKD-Labor

Die Kalibrierung der vorgestellten Normale erfolgt durch die Physikalisch-Technische-Bundesanstalt (PTB) oder durch Oberflächen-Kalibrierlabore, die durch die Deutsche Akkreditierungsstelle GmbH (DAkkS) nach ISO 17025 akkreditiert sind. Der Göttinger Messtechnik-Anwendungsspezialist Mahr unterhält ein DAkkS / DKD- Labor für verschiedene Normale und Geräte. 

In diesem Labor kann der maßliche Anschluss auf hohem metrologischen Niveau und mit sehr geringen Messunsicherheiten sichergestellt werden. Die Kalibrierung erfolgt nach der Richtlinie DKD-R 4-2 und beinhaltet neben der Sichtkontrolle die mehrfache Messung verschiedener Parameter. Der Kalibrierschein dokumentiert die Rückführung auf nationale Normale zur Darstellung der Einheiten in Übereinstimmung mit dem Internationalen Einheitensystem (SI). Das Kalibrierlabor darf keine Gültigkeitsdauer für die Kalibrierung angeben. Der Anwender muss auf Grund seiner spezifischen Gegebenheiten wie Anzahl der Nutzungen, Aufbewahrungsort, räumliche Umgebung, Verschmutzungen und Sorgfalt der Anwender ein Rekalibrierungsintervall in seiner jeweiligen Qualitätssicherung selbst festlegen. Ein Zeitraum von 5 Jahren sollte nicht überschritten werden. Die DAkkS ist Unterzeichner der multilateralen Übereinkommen der European co-operation for Accreditation (EA) und der International Laboratory Accreditation Cooperation (ILAC) zur gegenseitigen Anerkennung der Kalibrierscheine. Diese Art der Rückverfolgbarkeit erfüllt die Forderungen aller nationalen und internationalen QM-Normen (VDA 6, QS 9000, ISO 9000, ISO/TS 16949 usw.) und bietet Gewähr für die Richtigkeit der gemessenen Werte bei besonders geringen Messunsicherheiten. Mit einem Kalibrierschein aus dem DAkkS/DKD-Labor ist sowohl beim Austausch von Messwerten im In- und Ausland als auch bei Produkthaftungsfällen Sicherheit gegeben.

Messungen am Messplatz für „Superfeine Raunormale“

Autor: Christoph Müller, Mahr-Göttingen

Kontakt zum DAkkS / DKD-Labor: christoph.mueller@mahr.de, Telefon: +49 (551) 7073-325