Die Anforderungen an optische Systeme wie z.B. Zoomobjektive, Optiken für DVD-Laufwerke, Linsen in Handy-kameras zielen auf eine immer kompaktere und kostengünstigere Systemgestaltung. Dafür werden in der optischen industrie neben den klassischen, sphärischen (kugelförmigen) Linsenformen zunehmend asphärische (nicht kugelförmige) Linsenformen hergestellt. Modernste Fertigungsverfahren erlauben vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten und unterstützen zudem den Trend zu Freiformflächen und zu diffraktiven Elementen in optischen Bauteilen. Mahr bietet Optik-Herstellern die Messtechnik, mit der sie Linsen auf ihre Qualität sicher prüfen können.

Linsen mit hoher Präzision werden mit Glas abtragenden Verfahren wie Schleifen, Polieren oder Finishing erzeugt. Die Optimierung dieses Herstellprozesses durch fertigungsbegleitendes Messen ist ein wichtiger Ansatz zur Kostenreduktion. In der Massenproduktion von Linsen kommen Verfahren wie das Präzisionsblankpressen zur Erzeugung hoher Qualitäten bei vergleichsweise geringem Aufwand oder das Spritzgießverfahren
zur Herstellung preisgünstiger Kunststofflinsen zum Einsatz. Die Qualität der erzeugenden Werkzeuge ist der Grundstein für die Güte der damit hergestellten Produkte.

Neue Messstrategien
Neue Geometrien und immer höhere Anforderungen an die Qualität der Erzeugnisse erfordern auch neue Messtechniken und Messstrategien. Flächenhaft messende Systeme, die berührungsfrei beliebige Formen mit hoher Genauigkeit erfassen und messtechnisch auswerten können, lösen die Aufgaben der Qualitätssicherung von morgen. Intensive Forschung und jahrzehntelange Erfahrung in der industriellen Messtechnik sowie kooperationen mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie geben Mahr die notwendigen Grundlagen, um der optischen Industrie mit innovativen Produkten bei der Fertigung von optischen Bauteilen zu unterstützen.
Lesen Sie hier mehr über die Messlösungen von Mahr bei Linsen.

 Taktile Rauheitsmessung von Blech.

Die Fertigung der Karosserie in der Automobilindustrie hat besonders hohe Qualitätsansprüche: Die kaltgewalzten Bleche müssen den hohen Anforderungen für das spätere Tiefziehen wie auch den Erfordernissen des Lackierens gewachsen sein. Blechproduzenten bietet Mahr eine vollautomatisierte Rauheitsmessung kaltgewalzter Stahlbänder. Mit der Mahr-Messtechnik erfüllen die Stahlbänder die engen Oberflächen- und Dickentoleranzen. Angenehmer Nebeneffekt: Die Produktionanlage ist wirtschaftlicher ausgelastet.

Die Oberfläche von Stahlblechen wird in der Produktion meist manuell gemessen. Der gravierende Nachteil: Für jede Messung wird der Sicherheitsbereich betreten und der Produktionsbetrieb verzögert sich erheblich. Das automatisierte Inline-Messverfahren von Mahr bringt jetzt neuen Schwung in die Blechproduktion und optimiert deutlich die Betriebskosten. Zu Überprüfung der Gutseite der Stahlbleche wird an der Oberseite über der Planheitsmessrolle das Messsystem mit drei MarSurf GD 25 Messeinheiten installiert. Der Kegel der diamantenen Messspitze hat einen Radius von lediglich 5 µm.

Das Messsystem wird elektronisch in die Anlagenvisualisierung eingebunden. Im Stundentakt stoppt die Produktion kurz, die Mahr-Messgeräte senken sich und messen die Blechoberfläche. Durch das gleichzeitige Messen an drei Stellen wird der Zeitaufwand gedrittelt. Sollte auch nur einer der drei Messpunkte ausfallen, meldet die Messeinheit sofort einen Fehler und erstellt ein Fehlerprotokoll.

Das vollautomatische Messsystem von Mahr erfüllt den arithmetischen Mittenrauwert Ra, den mittleren Rautiefenwert Rz und die Spitzenzahl RPc gemäß der Norm SEP 1940. Die Messmethode liefert äußerst zuverlässige Messergebnisse – und das bei einem Rund-um-die-Uhr Dreischichtenbetrieb, das ganze Jahr über. Es gibt keinen von einem Messfehler verursachten Maschinenstopp mehr. Damit das Sicherheitskonzept rundum verlässlich bleibt, hat Mahr einen Kalibriervorgang mit eingebunden. Dafür ist die Kalibrierschiene immer gleich exakt positionierbar. Das Messverfahren ist so stabil, dass nur ein Mal wöchentlich kalibriert werden muss. Es erreicht eine höhere Betriebszeit, eine wirtschaftlichere Auslastung der Banddressieranlage und eine maximale Sicherheit für den Bediener.

Die Ergebnisse der Rauheitsmessung fließen automatisiert in die Mar-Win-Auswertesoftware XP20 von Mahr ein – von der Messwerterfassung bis zur Protokollierung und zum Datenexport. Programm-Bibliotheken verkürzen die Entwicklungszeit von Messprogrammen erheblich. Sämtliche Messergebnisse werden so schnell ermittelt und stehen über einen PC sofort zur Weiterverarbeitung zur Verfügung. Die Profile der Kalibrierung werden archiviert und stehen für die Dokumentation und Qualitätssicherung langfristig zur Verfügung.

 Flächenhaftes Vermessen von Oberflächen

Oberflächen werden immer häufiger durch neue Bearbeitungsverfahren und Materialien bestimmt. Die Folge für die Qualitätssicherung: Die Messung mit der klassischen Tastschnittmethode ist oft nicht mehr ausreichend. Immer öfter ist eine hochgenaue und flächenhafte Erfassung und Auswertung von Oberflächentopografien erforderlich. Der Anwendungspezialist Mahr bietet mit Weißlichtinterferometer „MarSurf WS1“ einen Oberflächenmessplatz, der nach dem Prinzip der Weißlichtinterferometrie arbeitet.

Wer eine Oberfläche mit dem Weißlichtinterferometer „MarSurf WS1“ von Mahr flächenhaft dreidimensional misst, erfasst Messdaten 100 Mal schneller als mit der Tastschnittmethode – nämlich innerhalb weniger Sekunden. Gleichzeitig stößt der Benutzer mit der optischen Messtechnik in den Nanometerbereich vor. Das Messgerät arbeitet mit einer vertikalen Auflösung von 0,1 nm bei einem Messbereich von 100µm. Ein weiteres Plus der 3D-Messung: Die Oberflächendarstellung auf dem PC-Monitor bietet wesentlich mehr Informationen über die zu vermessene Fläche als ein einzelner Tastschnitt. Dabei werden Messaufgaben von Oberflächentopografien im Bereich von ca. 0,5 mm2 bis ca. 2 mm2 gelöst. Die innovative Auswertung des Messsignals erlaubt dem Messgerät, sowohl spiegelnde als auch raue Werkstücke zu analysieren. So können Metall, Glas, Lack, Kunststoffe oder Beschichtungen vermessen werden. Dadurch ist der optische Messplatz für die Blech-, Lack und Kunststoffin-dustrie besonders interessant.

Prinzip Weißlichtinterferometrie
Bei der Beschäftigung mit Mikrostrukturen und dem ermitteln von Topografien in Nanometerauflösung, oder der geometrischen Beurteilung spiegelnder Oberflächen sind Weißlichtsensoren erste Wahl – und dadurch anderen optischen Messprinzipien weit überlegen. Der Aufbau gleicht dem eines klassischen Interferometers, jedoch nutzt man hier nicht kohärentes Licht, sondern Weißlicht. Dieses zeichnet sich durch eine sehr kurze Kohärenzlänge aus und besitzt dadurch hervorragende Ei-genschaften zum Messen von Oberflächentopografien. Die Höheninformation kann im Gegensatz zur klassischen Interferometrie dann auch bei Stufensprüngen im Messobjekt eindeutig zugeordnet werden. Der zu messende Ausschnitt der Oberfläche wird auf eine CCD-Kamera abgebildet. In den eingesetzten Interferenzobjektiven (Mirau-Objektive) werden mit Hilfe eines Strahlteilers der Oberflächenausschnitt und eine hochgenaue Referenzfläche im gleichen Maßstab abgebildet. So überlagern sich auf der Kamera die Bilder von Probe und Referenz zu einem Interferogramm. Beim Messen wird das Mirau-Objektiv mit einem Piezopositionierer in kleinen Schritten in Z-Richtung verfahren. Die dabei auftretenden Interferogramme werden als Bilderstapel aufgenommen, ausgewertet und in Höhendaten umgerechnet.

Beispiel geschliffene Oberfläche
Die Vorzüge und die Funktionsweisen einer 3D-Topografie in der Qualitätssicherung erklären sich am Beispiel einer geschliffenen Oberfläche, wie sie beispielsweise im Maschinenbau an Gleitlageroberflächen vorkommt. Entscheidende Eigenschaften für die Funktion einer Oberfläche ist die Struktur die durch das Bearbeitungsverfahren erzielt wird. Tribologische Eigenschaften werden durch verändern der Schleifparameter an die jeweilige Aufgabenstellung angepasst. Die Verteilung und Ausrichtung der Profilmerkmale sind verfahrensbedingt nicht mehr so richtungsgebunden und periodisch, wie dies z.B. beim Drehprozess erfolgt. Das konventionelle Tastschnittverfahren reicht zur Charakterisierung nicht aus. Erst das Verfahren der Weißlichtinterferometrie ermöglicht die messtechnische Beschreibung der Blechoberfläche und erfasst die maximalen bzw. minimalen Profilmerkmale.

Passende Auswertesoftware
Durch die zum Oberflächenmessplatz passende Topografie-Software „MarSurf TX 20“ lassen sich viele Auswertungen und Infos über die analysierte Oberfläche „auf Knopfdruck“ abrufen. Zu den leistungsstarken Merkmalen der Topografie-Software zählen farbkodierte Darstellungen, Fotosimulation, Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen und das Einfügen von Schnittebenen mit daraus ermittelbaren Konturelementen. Das optische Mess-System erfasst sowohl raue als auch glatte Oberflächen, Objekthöhen werden absolut vermessen – auch Objekte mit großen Stufen.

Fertigungsnahe Messungen
Um höchste Genauigkeiten in der Fertigungsumgebung messen zu können, sind innovative Lösungen erforderlich. Das kompakte Bauvolumen in Verbindung mit einem patentierten Schwingungsabsorber garantieren bei diesem Mahr-Messgerät zuverlässige Ergebnisse auch außerhalb des Messlabors. Das Optik-Design des Gerätes ermöglicht bei einfacher Handhabung und Justage auch und insbesondere die Messungen an industriell bearbeiteten Oberflächen. Diese Vorraussetzungen bieten neue Perspektiven für Forschung und Industrie – für die Automobil- und Halbleiterindustrie ebenso wie für die Medizin-, Glas- oder Kunststofftechnik.

 Prinzip der Weißlichtinterferometrie.