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Kategorie: Profilometrische Prüfung

 

Abriebverhalten von Sandpapier mit einem Tribometer

SCHLEIFPAPIER ABRIEBLEISTUNG

MIT EINEM TRIBOMETER

Vorbereitet von

DUANJIE LI, PhD

EINFÜHRUNG

Schleifpapier besteht aus Schleifpartikeln, die auf eine Seite eines Papiers oder Gewebes geklebt sind. Für die Partikel können verschiedene Schleifmaterialien verwendet werden, z. B. Granat, Siliziumkarbid, Aluminiumoxid und Diamant. Schleifpapier wird in einer Vielzahl von Industriezweigen eingesetzt, um bestimmte Oberflächen auf Holz, Metall und Trockenbauwänden zu bearbeiten. Sie arbeiten oft unter hohem Druck, der mit Hand- oder Elektrowerkzeugen ausgeübt wird.

BEDEUTUNG DER BEWERTUNG DES ABRIEBVERHALTENS VON SCHLEIFPAPIER

Die Wirksamkeit von Schleifpapier wird häufig durch seine Abriebleistung unter verschiedenen Bedingungen bestimmt. Die Korngröße, d. h. die Größe der im Schleifpapier eingebetteten Schleifpartikel, bestimmt die Abnutzungsrate und die Kratzergröße des zu schleifenden Materials. Schleifpapiere mit höheren Kornzahlen haben kleinere Partikel, was zu niedrigeren Schleifgeschwindigkeiten und feineren Oberflächen führt. Schleifpapiere mit der gleichen Körnungszahl, aber aus unterschiedlichen Materialien, können sich unter trockenen oder nassen Bedingungen unterschiedlich verhalten. Zuverlässige tribologische Bewertungen sind erforderlich, um sicherzustellen, dass das hergestellte Schleifpapier das gewünschte Schleifverhalten aufweist. Diese Auswertungen ermöglichen es den Anwendern, das Verschleißverhalten verschiedener Schleifpapiersorten kontrolliert und überwacht quantitativ zu vergleichen, um den besten Kandidaten für die jeweilige Anwendung auszuwählen.

Pneumatisches Tribometer für hohe Belastungen

MESSZIEL

In dieser Studie zeigen wir die Fähigkeit des NANOVEA Tribometers, die Abriebleistung verschiedener Sandpapierproben unter trockenen und nassen Bedingungen quantitativ zu bewerten.

NANOVEA

T2000

MEHR LERNEN

PRÜFVERFAHREN

Der Reibungskoeffizient (COF) und die Abriebleistung von zwei Arten von Schleifpapieren wurden mit dem NANOVEA T100 Tribometer bewertet. Als Gegenmaterial wurde eine Kugel aus 440er Edelstahl verwendet. Die Ballverschleißnarben wurden nach jedem Verschleißtest mit dem NANOVEA untersucht Berührungsloser optischer 3D-Profiler um präzise Volumenverlustmessungen zu gewährleisten.

Bitte beachten Sie, dass eine 440er Edelstahlkugel als Gegenmaterial gewählt wurde, um eine vergleichende Studie zu erstellen, aber jedes feste Material könnte ersetzt werden, um eine andere Anwendungsbedingung zu simulieren.

TESTERGEBNISSE & DISKUSSION

ABBILDUNG 1 zeigt einen COF-Vergleich von Sandpapier 1 und 2 unter trockenen und nassen Umgebungsbedingungen. Sandpapier 1 weist unter trockenen Bedingungen zu Beginn des Tests einen COF von 0,4 auf, der dann schrittweise abnimmt und sich auf 0,3 stabilisiert. Unter nassen Bedingungen weist diese Probe einen niedrigeren durchschnittlichen COF von 0,27 auf. Im Gegensatz dazu zeigen die COF-Ergebnisse von Probe 2 einen trockenen COF von 0,27 und einen nassen COF von ~ 0,37. 

Bitte beachten Sie, dass die Oszillation in den Daten aller COF-Diagramme durch die Vibrationen verursacht wird, die durch die Gleitbewegung der Kugel auf den rauen Sandpapieroberflächen entstehen.

ABBILDUNG 1: Entwicklung der COF während der Verschleißtests.

ABBILDUNG 2 fasst die Ergebnisse der Verschleißnarbenanalyse zusammen. Die Verschleißnarben wurden mit einem optischen Mikroskop und einem berührungslosen optischen 3D-Profiler NANOVEA gemessen. ABBILDUNG 3 und ABBILDUNG 4 vergleichen die Verschleißnarben der abgenutzten SS440-Kugeln nach Verschleißtests auf Sandpapier 1 und 2 (nass und trocken). Wie in ABBILDUNG 4 zu sehen ist, erfasst der NANOVEA Optical Profiler präzise die Oberflächentopographie der vier Kugeln und ihre jeweiligen Verschleißspuren, die anschließend mit der NANOVEA Mountains Advanced Analysis Software verarbeitet wurden, um den Volumenverlust und die Verschleißrate zu berechnen. Auf dem Mikroskop- und Profilbild der Kugel ist zu erkennen, dass die für den Test mit Sandpapier 1 (trocken) verwendete Kugel im Vergleich zu den anderen eine größere abgeflachte Verschleißnarbe mit einem Volumenverlust von 0,313 mm3. Im Gegensatz dazu betrug der Volumenverlust bei Schleifpapier 1 (nass) 0,131 mm3. Bei Schleifpapier 2 (trocken) betrug der Volumenverlust 0,163 mm3 und für Sandpapier 2 (nass) stieg der Volumenverlust auf 0,237 mm3.

Darüber hinaus ist es interessant zu beobachten, dass der COF eine wichtige Rolle für die Abriebleistung der Schleifpapiere spielte. Schleifpapier 1 wies im trockenen Zustand einen höheren COF auf, was zu einer höheren Abriebrate für die im Test verwendete SS440-Kugel führte. Im Vergleich dazu führte der höhere COF von Sandpapier 2 im nassen Zustand zu einer höheren Abriebrate. Die Verschleißspuren der Schleifpapiere nach den Messungen sind in ABBILDUNG 5 dargestellt.

Beide Schleifpapiere 1 und 2 sollen sowohl in trockenen als auch in nassen Umgebungen funktionieren. Sie zeigten jedoch deutlich unterschiedliche Abriebleistungen unter trockenen und nassen Bedingungen. NANOVEA Tribometer bieten gut kontrollierte, quantifizierbare und zuverlässige Funktionen zur Verschleißbewertung, die reproduzierbare Verschleißbewertungen gewährleisten. Darüber hinaus ermöglicht die Fähigkeit der In-situ-COF-Messung Benutzern, verschiedene Phasen eines Verschleißprozesses mit der Entwicklung des COF zu korrelieren, was für die Verbesserung des grundlegenden Verständnisses des Verschleißmechanismus und der tribologischen Eigenschaften von Schleifpapier von entscheidender Bedeutung ist

ABBILDUNG 2: Verschleißnarbenvolumen der Kugeln und durchschnittliche COF unter verschiedenen Bedingungen.

ABBILDUNG 3: Abnutzungsspuren der Bälle nach den Tests.

ABBILDUNG 4: 3D-Morphologie der Verschleißnarben auf den Kugeln.

ABBILDUNG 5: Abnutzungsspuren auf den Schleifpapieren unter verschiedenen Bedingungen.

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Studie wurde die Schleifleistung von zwei Arten von Schleifpapieren mit derselben Körnungszahl unter trockenen und nassen Bedingungen bewertet. Die Einsatzbedingungen des Schleifpapiers spielen eine entscheidende Rolle für die Effektivität der Arbeitsleistung. Schleifpapier 1 wies unter trockenen Bedingungen ein deutlich besseres Abriebverhalten auf, während Schleifpapier 2 unter nassen Bedingungen besser abschnitt. Die Reibung während des Schleifvorgangs ist ein wichtiger Faktor, der bei der Bewertung der Abriebleistung zu berücksichtigen ist. Der NANOVEA Optical Profiler misst präzise die 3D-Morphologie jeder Oberfläche, wie z.B. die Verschleißnarben auf einer Kugel, und ermöglicht so eine zuverlässige Bewertung des Abriebverhaltens des Sandpapiers in dieser Studie. Das NANOVEA Tribometer misst den Reibungskoeffizienten an Ort und Stelle während eines Verschleißtests und gibt so einen Einblick in die verschiedenen Phasen eines Verschleißprozesses. Es bietet außerdem wiederholbare Verschleiß- und Reibungstests mit ISO- und ASTM-konformen Rotations- und Linearmodi, wobei optionale Hochtemperaturverschleiß- und Schmiermodule in einem vorintegrierten System erhältlich sind. Mit diesem unübertroffenen Angebot können Benutzer verschiedene schwere Arbeitsumgebungen für Kugellager simulieren, darunter hohe Belastung, Verschleiß und hohe Temperaturen usw. Es ist auch ein ideales Werkzeug zur quantitativen Bewertung des tribologischen Verhaltens von hochverschleißfesten Materialien unter hohen Belastungen.

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Bearbeitete Lederoberfläche mit 3D-Profilometrie

VERARBEITETES LEDER

OBERFLÄCHENGÜTE MIT 3D-PROFILOMETRIE

Vorbereitet von

CRAIG LEISING

EINFÜHRUNG

Sobald der Gerbungsprozess einer Lederhaut abgeschlossen ist, kann die Lederoberfläche verschiedenen Veredelungsprozessen unterzogen werden, um eine Vielfalt von Aussehen und Haptik zu erzielen. Zu diesen mechanischen Verfahren gehören Dehnen, Schwabbeln, Schleifen, Prägen, Beschichten usw. Je nach Verwendungszweck des Leders kann eine präzisere, kontrollierte und wiederholbare Bearbeitung erforderlich sein.

BEDEUTUNG DER PROFILOMETRISCHEN PRÜFUNG FÜR FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG UND QUALITÄTSKONTROLLE

Aufgrund der großen Schwankungen und der Unzuverlässigkeit visueller Inspektionsmethoden können Werkzeuge, die in der Lage sind, mikro- und nanoskalige Merkmale genau zu quantifizieren, die Lederzurichtungsverfahren verbessern. Das Verständnis der Oberflächenbeschaffenheit von Leder in einem quantifizierbaren Sinne kann zu einer verbesserten datengesteuerten Auswahl der Oberflächenbearbeitung führen, um optimale Ergebnisse zu erzielen. NANOVEA 3D Berührungslos Profilometer nutzen die chromatisch konfokale Technologie zur Messung fertiger Lederoberflächen und bieten die höchste Wiederholbarkeit und Genauigkeit auf dem Markt. Wo andere Techniken aufgrund von Sondenkontakt, Oberflächenvariationen, Winkeln, Absorption oder Reflektivität keine zuverlässigen Daten liefern, sind die NANOVEA Profilometer erfolgreich.

MESSZIEL

In dieser Anwendung wird das NANOVEA ST400 zur Messung und zum Vergleich der Oberflächenbeschaffenheit von zwei unterschiedlichen, aber eng bearbeiteten Lederproben eingesetzt. Mehrere Oberflächenparameter werden automatisch aus dem Oberflächenprofil berechnet.

Hier konzentrieren wir uns auf die Oberflächenrauhigkeit, die Grübchentiefe, den Grübchenabstand und den Grübchendurchmesser für eine vergleichende Bewertung.

NANOVEA

ST400

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ERGEBNISSE: PROBE 1

ISO 25178

HÖHENPARAMETER

ANDERE 3D-PARAMETER

ERGEBNISSE: STICHPROBE 2

ISO 25178

HÖHENPARAMETER

ANDERE 3D-PARAMETER

TIEFENKOMPARATIV

Tiefenverteilung für jede Probe.
Eine große Anzahl tiefer Grübchen wurde beobachtet in BEISPIEL 1.

TONHÖHE VERGLEICHEND

Abstand zwischen den Vertiefungen auf BEISPIEL 1 ist etwas kleiner
als BEISPIEL 2aber beide haben eine ähnliche Verteilung

 MITTLERER DURCHMESSER VERGLEICHEND

Ähnliche Verteilungen des mittleren Durchmessers der Grübchen,
mit BEISPIEL 1 mit durchschnittlich etwas kleineren Durchmessern.

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Anwendung haben wir gezeigt, wie das NANOVEA ST400 3D-Profilometer die Oberflächenbeschaffenheit von verarbeitetem Leder präzise charakterisieren kann. In dieser Studie konnten wir dank der Möglichkeit, Oberflächenrauheit, Grübchentiefe, Grübchenabstand und Grübchendurchmesser zu messen, Unterschiede zwischen der Oberfläche und der Qualität der beiden Proben quantifizieren, die bei einer visuellen Inspektion möglicherweise nicht offensichtlich sind.

Insgesamt gab es keine sichtbaren Unterschiede im Aussehen der 3D-Scans zwischen PROBE 1 und PROBE 2. In der statistischen Analyse gibt es jedoch einen klaren Unterschied zwischen den beiden Proben. PROBE 1 enthält im Vergleich zu PROBE 2 eine größere Anzahl von Grübchen mit kleineren Durchmessern, größerer Tiefe und geringerem Abstand zwischen den Grübchen.

Bitte beachten Sie, dass zusätzliche Studien verfügbar sind. Spezielle Bereiche von Interesse können mit einem integrierten AFM- oder Mikroskop-Modul weiter analysiert werden. Die Geschwindigkeiten des NANOVEA 3D-Profilometers reichen von 20 mm/s bis 1 m/s für Labor- oder Forschungszwecke, um den Anforderungen der Hochgeschwindigkeitsprüfung gerecht zu werden.

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Kolbenverschleißprüfung

Kolbenverschleißprüfung

Verwendung eines Tribometers

Vorbereitet von

FRANK LIU

EINFÜHRUNG

Der Reibungsverlust macht bei einem Dieselmotor etwa 10% der gesamten Energie im Kraftstoff aus.[1]. 40-55% der Reibungsverluste gehen auf das Konto des Antriebszylindersystems. Der Energieverlust durch Reibung kann durch ein besseres Verständnis der tribologischen Wechselwirkungen im System des Antriebszylinders verringert werden.

Ein erheblicher Teil der Reibungsverluste in einem Triebwerkzylinder stammt aus dem Kontakt zwischen Kolbenschaft und Zylinderlaufbuchse. Die Wechselwirkung zwischen Kolbenschaft, Schmiermittel und Zylindergrenzflächen ist aufgrund der ständigen Veränderungen von Kraft, Temperatur und Geschwindigkeit in einem realen Motor recht komplex. Die Optimierung jedes einzelnen Faktors ist der Schlüssel zum Erreichen einer optimalen Motorleistung. Diese Studie konzentriert sich auf die Nachbildung der Mechanismen, die die Reibungskräfte und den Verschleiß an den Grenzflächen zwischen Kolbenschaft, Schmiermittel und Zylinderlaufbuchse (P-L-C) verursachen.

 Schematische Darstellung des Antriebszylindersystems und der Schnittstellen Kolbenschaft-Schmiermittel-Zylinderlaufbuchse.

[1] Bai, Dongfang. Modellierung der Kolbenhemdschmierung in Verbrennungsmotoren. Diss. MIT, 2012

BEDEUTUNG DER PRÜFUNG VON KOLBEN MIT TRIBOMETERN

Motoröl ist ein Schmiermittel, das speziell für seine Anwendung entwickelt wurde. Zusätzlich zum Grundöl werden Additive wie Reinigungsmittel, Dispergiermittel, Viskositätsverbesserer (VI), Verschleißschutz-/Friktionsschutzmittel und Korrosionsinhibitoren zugesetzt, um die Leistung des Öls zu verbessern. Diese Additive wirken sich darauf aus, wie sich das Öl unter verschiedenen Betriebsbedingungen verhält. Das Verhalten des Öls wirkt sich auf die P-L-C-Grenzflächen aus und bestimmt, ob erheblicher Verschleiß durch Metall-Metall-Kontakt oder hydrodynamische Schmierung (sehr geringer Verschleiß) auftritt.

Es ist schwierig, die P-L-C-Schnittstellen zu verstehen, ohne den Bereich von externen Variablen zu isolieren. Es ist praktischer, das Ereignis unter Bedingungen zu simulieren, die für die reale Anwendung repräsentativ sind. Die Website NANOVEA Tribometer ist dafür ideal. Ausgestattet mit mehreren Kraftsensoren, einem Tiefensensor, einem Tropfen-für-Tropfen-Schmierstoffmodul und einem linearen Hubtisch NANOVEA T2000 ist in der Lage, die Vorgänge in einem Motorblock genau nachzubilden und wertvolle Daten zum besseren Verständnis der P-L-C-Schnittstellen zu gewinnen.

Flüssigkeitsmodul auf dem Tribometer NANOVEA T2000

Das Drop-by-Drop-Modul ist für diese Studie von entscheidender Bedeutung. Da sich Kolben sehr schnell bewegen können (über 3000 U/min), ist es schwierig, durch Eintauchen der Probe einen dünnen Schmierstofffilm zu erzeugen. Um dieses Problem zu beheben, ist das Drop-by-Drop-Modul in der Lage, eine konstante Menge an Schmiermittel auf die Oberfläche des Kolbenschafts aufzutragen.

Die Verwendung von frischem Schmierstoff beseitigt auch die Gefahr, dass gelöste Verschleißverunreinigungen die Eigenschaften des Schmierstoffs beeinträchtigen.

Pneumatisches Tribometer für hohe Belastungen

NANOVEA T2000

Tribometer für hohe Belastungen

MESSZIEL

In diesem Bericht werden die Schnittstellen zwischen Kolbenschaft, Schmiermittel und Zylinderlaufbuchse untersucht. Die Schnittstellen werden durch die Durchführung eines linearen Hin- und Herverschleißtests mit einem Drop-by-Drop-Schmierstoffmodul nachgebildet.

Der Schmierstoff wird bei Raumtemperatur und unter erwärmten Bedingungen aufgetragen, um Kaltstart- und optimale Betriebsbedingungen zu vergleichen. Die COF und die Verschleißrate werden beobachtet, um besser zu verstehen, wie sich die Schnittstellen in realen Anwendungen verhalten.

PRÜFPARAMETER

für tribologische Prüfungen an Kolben

LOAD ............................ 100 N

TESTDAUER ............................ 30 min

SPEED ............................ 2000 Umdrehungen pro Minute

AMPLITUDE ............................ 10 mm

GESAMTE ENTFERNUNG ............................ 1200 m

SKIRT-BESCHICHTUNG ............................ Molybdän-Graphit

PIN-MATERIAL ............................ Aluminiumlegierung 5052

PIN-DIAMETER ............................ 10 mm

SCHMIERMITTEL ............................ Motoröl (10W-30)

ANSCHLUSS. DURCHFLUSSRATE ............................ 60 mL/min

TEMPERATUR ............................ Raumtemperatur & 90°C

ERGEBNISSE DER LINEAREN HIN- UND HERBEWEGUNGSTESTS

In diesem Versuch wurde A5052 als Gegenmaterial verwendet. Während Motorblöcke normalerweise aus gegossenem Aluminium wie A356 hergestellt werden, hat A5052 für diesen Simulationsversuch ähnliche mechanische Eigenschaften wie A356 [2].

Unter den Testbedingungen wurde ein erheblicher Verschleiß
am Kolbenschaft bei Raumtemperatur beobachtet
im Vergleich zu 90°C. Die tiefen Kratzer auf den Proben deuten darauf hin, dass es während des Tests häufig zu einem Kontakt zwischen dem statischen Material und dem Kolbenschaft kommt. Die hohe Viskosität bei Raumtemperatur kann das Öl daran hindern, die Lücken an den Grenzflächen vollständig zu füllen und einen Metall-Metall-Kontakt herzustellen. Bei höherer Temperatur wird das Öl dünner und kann zwischen Bolzen und Kolben fließen. Infolgedessen wird bei höheren Temperaturen ein deutlich geringerer Verschleiß beobachtet. ABBILDUNG 5 zeigt, dass eine Seite der Verschleißnarbe deutlich weniger abgenutzt ist als die andere Seite. Dies ist höchstwahrscheinlich auf die Lage des Ölaustritts zurückzuführen. Die Dicke des Schmierfilms war auf einer Seite dicker als auf der anderen, was zu ungleichmäßigem Verschleiß führte.

 

 

[2] "5052-Aluminium vs. 356.0-Aluminium". MakeItFrom.com, makeitfrom.com/compare/5052-O-Aluminium/A356.0-SG70B-A13560-Cast-Aluminium

Der COF von linearen Tribologietests mit Hin- und Herbewegung kann in einen hohen und einen niedrigen Durchgang unterteilt werden. Der hohe Durchlauf bezieht sich auf die Bewegung der Probe in Vorwärts- oder positiver Richtung und der niedrige Durchlauf auf die Bewegung der Probe in Rückwärts- oder negativer Richtung. Der durchschnittliche COF für das RT-Öl lag in beiden Richtungen unter 0,1. Der durchschnittliche COF zwischen den Durchgängen betrug 0,072 und 0,080. Der durchschnittliche COF des 90°C-Öls wurde zwischen den Durchgängen unterschiedlich festgestellt. Es wurden durchschnittliche COF-Werte von 0,167 und 0,09 festgestellt. Der Unterschied im COF ist ein weiterer Beweis dafür, dass das Öl nur eine Seite des Stifts richtig benetzen konnte. Ein hoher COF-Wert wurde erreicht, wenn sich aufgrund der hydrodynamischen Schmierung ein dicker Film zwischen dem Bolzen und dem Kolbenschaft bildete. Ein niedrigerer COF wird in der anderen Richtung beobachtet, wenn eine Mischschmierung auftritt. Weitere Informationen über hydrodynamische Schmierung und Mischschmierung finden Sie in unserem Anwendungshinweis auf Stribeck-Kurven.

Tabelle 1: Ergebnisse der geschmierten Verschleißprüfung an Kolben.

ABBILDUNG 1: COF-Diagramme für den Ölverschleißtest bei Raumtemperatur A Rohprofil B Hochpass C Tiefpass.

ABBILDUNG 2: COF-Diagramme für den 90°C-Verschleißöltest A Rohprofil B Hochpass C Tiefpass.

ABBILDUNG 3: Optisches Bild der Verschleißnarbe aus dem RT-Motorölverschleißtest.

ABBILDUNG 4: Volumen einer Lochanalyse der Verschleißnarbe aus dem RT-Motorölverschleißtest.

ABBILDUNG 5: Profilometrischer Scan der Verschleißnarbe aus dem RT-Motorölverschleißtest.

ABBILDUNG 6: Optisches Bild einer Verschleißnarbe aus einem 90°C-Motorölverschleißtest

ABBILDUNG 7: Volumen einer Lochanalyse der Verschleißnarbe aus dem 90°C-Motorölverschleißtest.

ABBILDUNG 8: Profilometrischer Scan der Verschleißnarbe aus dem 90°C-Motorölverschleißtest.

SCHLUSSFOLGERUNG

An einem Kolben mit geschmierter linearer Hin- und Herbewegung wurde ein Verschleißtest durchgeführt, um die Vorgänge in einer
Motor im realen Betrieb. Die Schnittstellen zwischen Kolbenschaft, Schmiermittel und Zylinderlaufbuchse sind für den Betrieb eines Motors von entscheidender Bedeutung. Die Schmierstoffdicke an der Schnittstelle ist für den Energieverlust durch Reibung oder Verschleiß zwischen Kolbenschaft und Zylinderlaufbuchse verantwortlich. Um den Motor zu optimieren, muss die Schichtdicke so dünn wie möglich sein, ohne dass sich Kolbenschaft und Zylinderlaufbuchse berühren. Die Herausforderung besteht jedoch darin, wie sich Temperatur-, Geschwindigkeits- und Kraftänderungen auf die P-L-C-Grenzflächen auswirken.

Mit seinem breiten Belastungs- (bis zu 2000 N) und Drehzahlbereich (bis zu 15000 U/min) ist das NANOVEA T2000 Tribometer in der Lage, verschiedene in einem Motor mögliche Bedingungen zu simulieren. Mögliche zukünftige Studien zu diesem Thema beinhalten, wie sich die P-L-C-Grenzflächen unter verschiedenen konstanten Lasten, oszillierenden Lasten, Schmiermitteltemperaturen, Drehzahlen und Schmiermittelauftragsmethoden verhalten. Diese Parameter können mit dem NANOVEA T2000 Tribometer leicht eingestellt werden, um ein vollständiges Verständnis der Mechanismen der Grenzflächen zwischen Kolbenschaft, Schmierstoff und Zylinderlaufbuchse zu erhalten.

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Organische Oberflächentopographie mit tragbarem 3D-Profilometer

ORGANISCHE OBERFLÄCHENTOPOGRAPHIE

MIT TRAGBAREM 3D-PROFILOMETER

Vorbereitet von

CRAIG LEISING

EINFÜHRUNG

Die Natur ist zu einer wichtigen Inspirationsquelle für die Entwicklung verbesserter Oberflächenstrukturen geworden. Das Verständnis der in der Natur vorkommenden Oberflächenstrukturen hat u. a. zu Studien über die Adhäsion von Geckofüßen, über die Widerstandsfähigkeit von Seegurken und über die Abstoßung von Blättern geführt. Diese Oberflächen haben eine Reihe potenzieller Anwendungen, von der Biomedizin bis hin zu Kleidung und Automobilen. Damit diese bahnbrechenden Oberflächen erfolgreich sein können, müssen Herstellungstechniken entwickelt werden, mit denen die Oberflächeneigenschaften nachgeahmt und reproduziert werden können. Dieser Prozess muss identifiziert und kontrolliert werden.

BEDEUTUNG EINES TRAGBAREN BERÜHRUNGSLOSEN OPTISCHEN 3D-PROFILERS FÜR ORGANISCHE OBERFLÄCHEN

Der NANOVEA Jr25 Portable nutzt die Chromatic Light-Technologie Optischer Profiler verfügt über eine hervorragende Fähigkeit, nahezu jedes Material zu messen. Dazu gehören die einzigartigen und steilen Winkel sowie die reflektierenden und absorbierenden Oberflächen, die in der breiten Palette an Oberflächeneigenschaften der Natur zu finden sind. Berührungslose 3D-Messungen liefern ein vollständiges 3D-Bild, um ein umfassenderes Verständnis der Oberflächenmerkmale zu ermöglichen. Ohne 3D-Fähigkeiten würde die Identifizierung natürlicher Oberflächen ausschließlich auf 2D-Informationen oder Mikroskopaufnahmen beruhen, die nicht genügend Informationen liefern, um die untersuchte Oberfläche richtig nachzubilden. Das Verständnis des gesamten Spektrums der Oberflächeneigenschaften, einschließlich Textur, Form, Abmessung und vielem mehr, ist für eine erfolgreiche Fertigung von entscheidender Bedeutung.

Die Möglichkeit, vor Ort auf einfache Weise Ergebnisse in Laborqualität zu erhalten, öffnet die Tür für neue Forschungsmöglichkeiten.

MESSZIEL

Bei dieser Anwendung ist die NANOVEA Jr25 wird verwendet, um die Oberfläche eines Blattes zu messen. Es gibt eine endlose Liste von Oberflächenparametern, die nach dem 3D-Oberflächenscan automatisch berechnet werden können.

Hier werden wir die 3D-Oberfläche überprüfen und wählen
Bereiche von Interesse, die weiter analysiert werden sollen, darunter
Quantifizierung und Untersuchung der Oberflächenrauhigkeit, der Kanäle und der Topografie

NANOVEA

JR25

TESTBEDINGUNGEN

PFEILTIEFE

Mittlere Dichte der Furchen: 16,471 cm/cm2
Mittlere Tiefe der Furchen: 97,428 μm
Maximale Tiefe: 359,769 μm

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Anwendung haben wir gezeigt, wie die NANOVEA Der tragbare, berührungslose optische 3D-Profiler Jr25 kann sowohl die Topografie als auch die Details im Nanometerbereich einer Blattoberfläche im Feld präzise charakterisieren. Anhand dieser 3D-Oberflächenmessungen können Bereiche von Interesse schnell identifiziert und dann mit einer Liste von endlosen Studien analysiert werden (Abmessung, Rauheit, Textur, Form, Topographie, Ebenheit, Verzug, Ebenheit, Volumen, Stufenhöhe und andere). Ein 2D-Querschnitt kann leicht ausgewählt werden, um weitere Details zu analysieren. Mit diesen Informationen können organische Oberflächen mit einem kompletten Satz von Oberflächenmessmitteln umfassend untersucht werden. Spezielle Bereiche von Interesse können mit dem integrierten AFM-Modul auf Tischmodellen weiter analysiert werden.

NANOVEA bietet auch tragbare Hochgeschwindigkeitsprofilometer für die Feldforschung und eine breite Palette von Laborsystemen an und erbringt Labordienstleistungen.

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Sandpapier-Rauheitsprofilometer

Schleifpapier: Analyse von Rauheit und Partikeldurchmesser

Schleifpapier: Analyse von Rauheit und Partikeldurchmesser

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SANDPAPIER

Analyse von Rauhigkeit und Partikeldurchmesser

Vorbereitet von

FRANK LIU

EINFÜHRUNG

Sandpapier ist ein handelsübliches Produkt, das als Schleifmittel verwendet wird. Der häufigste Verwendungszweck von Schleifpapier ist das Entfernen von Beschichtungen oder das Polieren einer Oberfläche mit Hilfe seiner abrasiven Eigenschaften. Diese abrasiven Eigenschaften werden in Körnungen eingeteilt, die jeweils angeben, wie glatt oder
eine raue Oberfläche erzielt wird. Um die gewünschten Schleifeigenschaften zu erzielen, müssen die Hersteller von Schleifpapier sicherstellen, dass die Schleifpartikel eine bestimmte Größe haben und nur geringfügige Abweichungen aufweisen. Um die Qualität des Schleifpapiers zu quantifizieren, hat NANOVEAs 3D Non-Contact Profilometer kann verwendet werden, um den arithmetischen Mittelwert (Sa) des Höhenparameters und den durchschnittlichen Partikeldurchmesser einer Probenfläche zu erhalten.

BEDEUTUNG DES BERÜHRUNGSLOSEN OPTISCHEN 3D PROFILER FÜR SCHLEIFPAPIER

Bei der Verwendung von Schleifpapier muss die Interaktion zwischen den Schleifpartikeln und der zu schleifenden Oberfläche gleichmäßig sein, um eine gleichmäßige Oberflächenbeschaffenheit zu erzielen. Um dies zu quantifizieren, kann die Oberfläche des Schleifpapiers mit dem berührungslosen optischen 3D-Profiler von NANOVEA beobachtet werden, um Abweichungen bei den Partikelgrößen, -höhen und -abständen zu erkennen.

MESSZIEL

In dieser Studie wurden fünf verschiedene Schleifpapierkörnungen (120,
180, 320, 800 und 2000) werden mit dem Scannertool
NANOVEA ST400 3D Berührungsloser optischer Profiler.
Das Sa wird aus dem Scan extrahiert und die Partikel
Größe wird durch eine Motifs-Analyse berechnet, um
ihren äquivalenten Durchmesser zu finden

NANOVEA

ST400

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ERGEBNISSE & DISKUSSION

Die Oberflächenrauheit (Sa) und die Partikelgröße des Schleifpapiers nehmen mit zunehmender Körnung erwartungsgemäß ab. Die Sa reichte von 42,37 μm bis 3,639 μm. Die Partikelgröße reicht von 127 ± 48,7 bis 21,27 ± 8,35. Größere Partikel und große Höhenunterschiede erzeugen eine stärkere Abrasionswirkung auf Oberflächen als kleinere Partikel mit geringen Höhenunterschieden.
Bitte beachten Sie, dass alle Definitionen der angegebenen Höhenparameter auf Seite A.1. aufgeführt sind.

TABELLE 1: Vergleich zwischen Schleifpapierkörnungen und Höhenparametern.

TABELLE 2: Vergleich zwischen Schleifpapierkörnungen und Partikeldurchmesser.

2D & 3D ANSICHT VON SCHLEIFPAPIER 

Unten sehen Sie die Falschfarben- und die 3D-Ansicht für die Sandpapierproben.
Ein Gaußfilter von 0,8 mm wurde verwendet, um die Form oder Welligkeit zu entfernen.

MOTIF-ANALYSE

Um die Partikel an der Oberfläche genau zu finden, wurde der Schwellenwert für die Höhenskala neu definiert, so dass nur die obere Schicht des Schleifpapiers angezeigt wird. Anschließend wurde eine Motivanalyse durchgeführt, um die Peaks zu erkennen.

SCHLUSSFOLGERUNG

Der berührungslose optische 3D-Profiler von NANOVEA wurde zur Prüfung der Oberflächeneigenschaften verschiedener Schleifpapierkörnungen eingesetzt, da er Oberflächen mit Mikro- und Nanomerkmalen präzise scannen kann.

Die Parameter für die Oberflächenhöhe und die äquivalenten Partikeldurchmesser wurden mit Hilfe einer fortschrittlichen Software zur Analyse der 3D-Scans von jeder der Sandpapierproben ermittelt. Es wurde festgestellt, dass mit zunehmender Korngröße die Oberflächenrauhigkeit (Sa) und die Partikelgröße erwartungsgemäß abnahmen.

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Styropor-Oberflächen-Grenzflächenmessung Profilometrie

Grenzflächenmessung

Grenzflächenmessung mit 3D-Profilometrie

Mehr erfahren

OBERFLÄCHENGRENZFLÄCHENMESSUNG

3D-PROFILOMETRIE VERWENDEN

Vorbereitet von

Craig Leising

EINFÜHRUNG

Bei Studien, in denen die Schnittstelle von Oberflächenmerkmalen, Mustern, Formen usw. zur Orientierung ausgewertet wird, ist es nützlich, schnell Bereiche von Interesse über das gesamte Messprofil zu identifizieren. Durch die Segmentierung einer Oberfläche in signifikante Bereiche kann der Benutzer schnell Grenzen, Spitzen, Vertiefungen, Flächen, Volumina und vieles mehr bewerten, um ihre funktionelle Rolle im gesamten untersuchten Oberflächenprofil zu verstehen. Wie zum Beispiel bei der Korngrenzenabbildung von Metallen ist die Bedeutung der Analyse die Schnittstelle vieler Strukturen und ihre Gesamtausrichtung. Durch das Verständnis jedes einzelnen Bereichs von Interesse können Defekte und Anomalien innerhalb des Gesamtbereichs identifiziert werden. Obwohl die Korngrenzenabbildung in der Regel in einem Bereich untersucht wird, der die Möglichkeiten des Profilometers übersteigt, und es sich nur um eine 2D-Bildanalyse handelt, ist sie eine hilfreiche Referenz, um das Konzept dessen zu veranschaulichen, was hier in größerem Maßstab zusammen mit den Vorteilen der 3D-Oberflächenmessung gezeigt wird.

BEDEUTUNG DES BERÜHRUNGSLOSEN 3D-PROFILOMETERS FÜR DIE UNTERSUCHUNG DER OBERFLÄCHENTRENNUNG

Im Gegensatz zu anderen Techniken wie Touch Probes oder Interferometrie ist die 3D berührungsloses ProfilometerMithilfe des axialen Chromatismus kann nahezu jede Oberfläche gemessen werden, die Probengröße kann aufgrund des offenen Stagings stark variieren und es ist keine Probenvorbereitung erforderlich. Der Nano- bis Makrobereich wird während der Oberflächenprofilmessung ohne Einfluss des Probenreflexionsvermögens oder der Probenabsorption erzielt, verfügt über eine erweiterte Fähigkeit zur Messung großer Oberflächenwinkel und es gibt keine Softwaremanipulation der Ergebnisse. Messen Sie ganz einfach jedes Material: transparent, undurchsichtig, spiegelnd, diffus, poliert, rau usw. Die Technik des berührungslosen Profilometers bietet eine ideale, umfassende und benutzerfreundliche Möglichkeit, Oberflächenstudien zu maximieren, wenn eine Analyse der Oberflächengrenzen erforderlich ist; zusammen mit den Vorteilen der kombinierten 2D- und 3D-Fähigkeit.

MESSZIEL

In dieser Anwendung wird das Nanovea ST400 Profilometer verwendet, um die Oberfläche von Styropor zu messen. Die Grenzen wurden durch die Kombination einer Datei mit der reflektierten Intensität und der Topografie festgelegt, die gleichzeitig mit dem NANOVEA ST400 erfasst wurden. Diese Daten wurden dann zur Berechnung der verschiedenen Form- und Größeninformationen der einzelnen Styropor-"Körner" verwendet.

NANOVEA

ST400

ERGEBNISSE & DISKUSSION: 2D-Oberflächengrenzflächenmessung

Topographiebild (unten links), maskiert mit dem Bild der reflektierten Intensität (unten rechts), um die Korngrenzen klar zu definieren. Alle Körner unter 565 µm Durchmesser wurden durch Anwendung des Filters ignoriert.

Gesamtzahl der Körner: 167
Gesamte projizierte Fläche, die von den Körnern eingenommen wird: 166,917 mm² (64,5962 %)
Projizierte Gesamtfläche der Grenzen: (35.4038 %)
Dichte der Körner: 0,646285 Körner / mm2

Fläche = 0,999500 mm² +/- 0,491846 mm²
Umfang = 9114,15 µm +/- 4570,38 µm
Äquivalenter Durchmesser = 1098,61 µm +/- 256,235 µm
Mittlerer Durchmesser = 945,373 µm +/- 248,344 µm
Mindestdurchmesser = 675,898 µm +/- 246,850 µm
Maximaler Durchmesser = 1312,43 µm +/- 295,258 µm

ERGEBNISSE & DISKUSSION: 3D-Oberflächengrenzflächenmessung

Anhand der gewonnenen 3D-Topographiedaten können das Volumen, die Höhe, die Spitze, das Seitenverhältnis und allgemeine Forminformationen zu jedem Korn analysiert werden. Belegte 3D-Gesamtfläche: 2,525 mm3

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Anwendung haben wir gezeigt, wie das berührungslose 3D-Profilometer NANOVEA die Oberfläche von Styropor präzise charakterisieren kann. Statistische Informationen können über die gesamte Oberfläche von Interesse oder über einzelne Körner gewonnen werden, unabhängig davon, ob es sich um Spitzen oder Vertiefungen handelt. In diesem Beispiel wurden alle Körner, die größer als eine benutzerdefinierte Größe sind, verwendet, um die Fläche, den Umfang, den Durchmesser und die Höhe anzuzeigen. Die hier gezeigten Merkmale können für die Forschung und die Qualitätskontrolle natürlicher und vorgefertigter Oberflächen von entscheidender Bedeutung sein, von biomedizinischen bis hin zu Mikrobearbeitungsanwendungen und vielen anderen. 

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Konturmessung mit Profilometer von NANOVEA

Messung der Gummilaufflächenkontur

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MESSUNG DER GUMMILAUFFLÄCHENKONTUR

VERWENDUNG EINES OPTISCHEN 3D-PROFILERS

Messung der Gummilaufflächenkontur - NANOVEA Profiler

Vorbereitet von

ANDREA HERRMANN

EINFÜHRUNG

Wie bei allen Materialien hängt der Reibungskoeffizient von Gummi mit folgenden Faktoren zusammen zum Teil auf seine Oberflächenrauheit zurückzuführen. Bei der Verwendung von Fahrzeugreifen ist die Traktion auf der Straße sehr wichtig. Dabei spielen sowohl die Oberflächenrauhigkeit als auch die Lauffläche des Reifens eine Rolle. In dieser Studie werden die Rauheit und die Abmessungen der Gummioberfläche und der Lauffläche analysiert.

* DAS MUSTER

WICHTIG

DER BERÜHRUNGSLOSEN 3D-PROFILOMETRIE

FÜR GUMMISTUDIEN

Im Gegensatz zu anderen Techniken wie Berührungssonden oder Interferometrie sind NANOVEAs Berührungslose optische 3D-Profiler Verwenden Sie den axialen Chromatismus, um nahezu jede Oberfläche zu messen. 

Das offene Staging des Profiler-Systems ermöglicht eine große Vielfalt an Probengrößen und erfordert keine Probenvorbereitung. Merkmale im Nano- bis Makrobereich können während eines einzigen Scans ohne Beeinflussung durch Probenreflexion oder -absorption erfasst werden. Darüber hinaus verfügen diese Profiler über die fortschrittliche Fähigkeit, große Oberflächenwinkel zu messen, ohne dass eine Softwaremanipulation der Ergebnisse erforderlich ist.

Messen Sie einfach jedes Material: transparent, undurchsichtig, spiegelnd, diffus, poliert, rau usw. Die Messtechnik der berührungslosen NANOVEA 3D-Profiler bietet eine ideale, umfassende und benutzerfreundliche Möglichkeit zur Maximierung von Oberflächenstudien zusammen mit den Vorteilen der kombinierten 2D- und 3D-Fähigkeit.

MESSZIEL

In dieser Anwendung stellen wir den NANOVEA ST400 vor, ein berührungslos messender optischer 3D-Profiler die Oberfläche und die Laufflächen eines Gummireifens.

Eine Probenoberfläche, die groß genug ist, um die die gesamte Reifenoberfläche wurde nach dem Zufallsprinzip ausgewählt für diese Studie. 

Um die Eigenschaften des Gummis zu quantifizieren, haben wir die NANOVEA Ultra 3D-Analyse-Software, um Messen Sie die Konturmaße und die Tiefe, Rauheit und entwickelte Fläche der Oberfläche.

NANOVEA

ST400

ANALYSE: REIFENFADEN

Die 3D-Ansicht und die Falschfarbenansicht der Trittflächen zeigen den Wert der Abbildung von 3D-Oberflächendesigns. Sie bieten den Nutzern ein einfaches Werkzeug, um die Größe und Form der Laufflächen aus verschiedenen Blickwinkeln direkt zu betrachten. Die erweiterte Konturanalyse und die Stufenhöhenanalyse sind beides äußerst leistungsfähige Werkzeuge zur Messung der genauen Abmessungen von Musterformen und -designs.

ERWEITERTE KONTURANALYSE

STUFENHÖHENANALYSE

ANALYSE: GUMMI OBERFLÄCHE

Die Gummioberfläche kann mit Hilfe integrierter Software-Tools auf vielfältige Weise quantifiziert werden, wie die folgenden Abbildungen als Beispiele zeigen. Es ist zu erkennen, dass die Oberflächenrauheit 2,688 μm beträgt und die entwickelte Fläche im Vergleich zur projizierten Fläche 9,410 mm² bzw. 8,997 mm² beträgt. Anhand dieser Informationen können wir die Beziehung zwischen der Oberflächenbeschaffenheit und der Traktion verschiedener Gummimischungen oder sogar von Gummi mit unterschiedlichem Grad an Oberflächenverschleiß untersuchen.

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Anwendung haben wir gezeigt, wie die NANOVEA Der berührungslose optische 3D-Profiler kann die Oberflächenrauhigkeit und die Laufflächenabmessungen von Gummi genau charakterisieren.

Die Daten zeigen eine Oberflächenrauheit von 2,69 µm und eine entwickelte Fläche von 9,41 mm² mit einer projizierten Fläche von 9 mm². Verschiedene Abmessungen und Radien der Gummilaufflächen wurden auch gemessen.

Die in dieser Studie präsentierten Informationen können dazu verwendet werden, die Leistung von Gummireifen mit unterschiedlichen Profildesigns, Formulierungen oder unterschiedlichen Abnutzungsgraden zu vergleichen. Die hier gezeigten Daten stellen nur einen Teil der Berechnungen, die in der Ultra 3D-Analysesoftware verfügbar sind.

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Analyse der Fischschuppenoberfläche mit einem optischen 3D-Profiler

Analyse der Fischschuppenoberfläche mit einem optischen 3D-Profiler

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OBERFLÄCHENANALYSE VON FISCHSCHUPPEN

mit 3D OPTICAL PROFILER

Fischschuppen-Profilometer

Vorbereitet von

Andrea Nowitzki

EINFÜHRUNG

Die Morphologie, Muster und andere Merkmale einer Fischschuppe werden mit dem NANOVEA untersucht Berührungsloser optischer 3D-Profiler. Die empfindliche Beschaffenheit dieser biologischen Probe sowie ihre sehr kleinen und stark abgewinkelten Rillen unterstreichen auch die Bedeutung der berührungslosen Technik des Profilers. Die Rillen auf der Skala werden Zirkuli genannt und können untersucht werden, um das Alter des Fisches abzuschätzen und sogar Perioden mit unterschiedlichen Wachstumsraten zu unterscheiden, ähnlich den Ringen eines Baumes. Dies sind sehr wichtige Informationen für das Management wildlebender Fischbestände, um Überfischung zu verhindern.

Bedeutung der berührungslosen 3D-Profilometrie für BIOLOGISCHE STUDIEN

Im Gegensatz zu anderen Techniken wie Taster oder Interferometrie kann der berührungslose optische 3D-Profiler unter Verwendung von Axialchromatismus nahezu jede Oberfläche messen. Die Probengröße kann aufgrund der offenen Anordnung stark variieren und es ist keine Probenvorbereitung erforderlich. Merkmale im Nano- bis Makrobereich werden während einer Oberflächenprofilmessung ohne Beeinflussung durch Reflexion oder Absorption der Probe erfasst. Das Gerät bietet die Möglichkeit, hohe Oberflächenwinkel ohne Softwaremanipulation der Ergebnisse zu messen. Jedes Material kann leicht gemessen werden, egal ob es transparent, undurchsichtig, spiegelnd, diffus, poliert oder rau ist. Die Technik bietet eine ideale, umfassende und benutzerfreundliche Möglichkeit zur Maximierung von Oberflächenstudien zusammen mit den Vorteilen der kombinierten 2D- und 3D-Funktionen.

MESSZIEL

In dieser Anwendung stellen wir NANOVEA ST400 vor, einen berührungslosen 3D-Profiler mit einem Hochgeschwindigkeitssensor, der eine umfassende Analyse der Oberfläche einer Waage ermöglicht.

Mit dem Gerät wurde die gesamte Probe gescannt, zusammen mit einem höher aufgelösten Scan des mittleren Bereichs. Zum Vergleich wurde auch die äußere und innere Oberflächenrauheit des Maßstabs gemessen.

NANOVEA

ST400

3D- und 2D-Oberflächencharakterisierung von Outer Scale

Die 3D-Ansicht und die Falschfarbenansicht des äußeren Maßstabs zeigen eine komplexe Struktur, die einem Fingerabdruck oder den Ringen eines Baumes ähnelt. Dies bietet dem Benutzer ein einfaches Werkzeug, um die Oberflächenbeschaffenheit des Maßstabs aus verschiedenen Blickwinkeln direkt zu betrachten. Verschiedene andere Messungen des äußeren Maßstabs werden zusammen mit dem Vergleich der Außen- und Innenseite des Maßstabs gezeigt.

Fischschuppen-Scan 3D-Ansicht Profilometer
Fischschuppen-Scanvolumen 3D-Profilometer
Fischschuppen-Scan Stufenhöhe 3D Optischer Profiler

VERGLEICH DER OBERFLÄCHENRAUHIGKEIT

Fischschuppen-Profilometer 3D-Scannen

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Anwendung haben wir gezeigt, wie der berührungslose optische 3D-Profiler NANOVEA eine Fischschuppe auf vielfältige Weise charakterisieren kann. 

Die Außen- und Innenflächen der Schuppe lassen sich allein durch die Oberflächenrauheit leicht unterscheiden, mit Rauheitswerten von 15,92μm bzw. 1,56μm. Darüber hinaus können präzise und genaue Informationen über eine Fischschuppe durch die Analyse der Rillen oder Zirkuli auf der Außenfläche der Schuppe gewonnen werden. Der Abstand der Bänder der Zirkuli vom Mittelpunkt wurde gemessen, und auch die Höhe der Zirkuli betrug im Durchschnitt etwa 58μm. 

Die hier gezeigten Daten stellen nur einen Teil der in der Analysesoftware verfügbaren Berechnungen dar.

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Topographie der Fresnel-Linse

FRESNEL-LINSE

ABMESSUNGEN MITTELS 3D-PROFILOMETRIE

Vorbereitet von

Duanjie Li & Benjamin Mell

EINFÜHRUNG

Eine Linse ist ein optisches Gerät mit axialer Symmetrie, das Licht durchlässt und bricht. Eine einfache Linse besteht aus einer einzigen optischen Komponente zur Konvergenz oder Divergenz des Lichts. Obwohl kugelförmige Oberflächen nicht die ideale Form für die Herstellung einer Linse sind, werden sie häufig als einfachste Form verwendet, zu der Glas geschliffen und poliert werden kann.

Eine Fresnel-Linse besteht aus einer Reihe von konzentrischen Ringen, die dünne Teile einer einfachen Linse mit einer Breite von nur wenigen tausendstel Zoll sind. Fresnel-Linsen haben eine große Öffnung und eine kurze Brennweite, wobei die kompakte Bauweise das Gewicht und das benötigte Materialvolumen im Vergleich zu herkömmlichen Linsen mit den gleichen optischen Eigenschaften reduziert. Aufgrund der dünnen Geometrie der Fresnel-Linse geht nur ein sehr geringer Teil des Lichts durch Absorption verloren.

BEDEUTUNG DER BERÜHRUNGSLOSEN 3D-PROFILOMETRIE FÜR DIE PRÜFUNG VON FRESNELLINSEN

Fresnel-Linsen werden häufig in der Automobilindustrie, in Leuchttürmen, in der Solarenergie und in optischen Landesystemen für Flugzeugträger eingesetzt. Das Formen oder Stanzen der Linsen aus transparentem Kunststoff kann ihre Herstellung kostengünstiger machen. Die Servicequalität von Fresnel-Linsen hängt hauptsächlich von der Präzision und Oberflächenqualität ihres konzentrischen Rings ab. Im Gegensatz zu einer Touch-Probe-Technik bietet NANOVEA Optische Profiler Führen Sie 3D-Oberflächenmessungen durch, ohne die Oberfläche zu berühren, und vermeiden Sie so das Risiko neuer Kratzer. Die Chromatic Light-Technik eignet sich ideal zum präzisen Scannen komplexer Formen, beispielsweise von Linsen unterschiedlicher Geometrie.

SCHEMA EINER FRESNEL-LINSE

Transparente Fresnel-Linsen aus Kunststoff können durch Gießen oder Stanzen hergestellt werden. Eine genaue und effiziente Qualitätskontrolle ist von entscheidender Bedeutung, um fehlerhafte Produktionsformen oder -stempel zu erkennen. Durch Messung der Höhe und des Abstands der konzentrischen Ringe können Produktionsabweichungen festgestellt werden, indem die gemessenen Werte mit den vom Hersteller der Linse angegebenen Spezifikationswerten verglichen werden.

Durch die genaue Messung des Linsenprofils wird sichergestellt, dass die Formen oder Stempel entsprechend den Spezifikationen des Herstellers bearbeitet werden. Außerdem kann sich der Stempel im Laufe der Zeit abnutzen, so dass er seine ursprüngliche Form verliert. Eine ständige Abweichung von den Spezifikationen des Glasherstellers ist ein eindeutiges Indiz dafür, dass die Form ersetzt werden muss.

MESSZIEL

In dieser Anwendung präsentieren wir NANOVEA ST400, einen berührungslosen 3D-Profiler mit einem Hochgeschwindigkeitssensor, der eine umfassende 3D-Profilanalyse eines optischen Bauteils mit komplexer Form ermöglicht.Um die bemerkenswerten Fähigkeiten unserer Chromatic Light-Technologie zu demonstrieren, wird die Konturanalyse an einer Fresnellinse durchgeführt.

NANOVEA

ST400

Die für diese Studie verwendete 2,3" x 2,3" Acryl-Fresnel-Linse besteht aus 

eine Reihe von konzentrischen Ringen und ein komplexes, gezacktes Querschnittsprofil. 

Es hat eine Brennweite von 1,5" und einen effektiven Durchmesser von 2,0", 

125 Rillen pro Zoll und einem Brechungsindex von 1,49.

Der NANOVEA ST400-Scan der Fresnellinse zeigt eine deutliche Zunahme der Höhe der konzentrischen Ringe, die sich vom Zentrum nach außen bewegen.

2D FALSCH FARBE

Darstellung der Höhe

3D-ANSICHT

EXTRAHIERTES PROFIL

GIPFEL & TAL

Dimensionale Analyse des Profils

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Anwendung haben wir gezeigt, dass der berührungslose optische Profiler NANOVEA ST400 die Oberflächentopographie von Fresnel-Linsen genau misst. 

Mit der NANOVEA-Analysesoftware können die Abmessungen der Höhe und der Teilung anhand des komplexen gezackten Profils genau bestimmt werden. Benutzer können die Qualität der Produktionsformen oder Stempel effektiv prüfen, indem sie die Ringhöhe und -teilung der hergestellten Linsen mit der idealen Ringspezifikation vergleichen.

Die hier gezeigten Daten stellen nur einen Teil der in der Analysesoftware verfügbaren Berechnungen dar. 

NANOVEA Optical Profilers messen praktisch jede Oberfläche in Bereichen wie Halbleiter, Mikroelektronik, Solar, Faseroptik, Automobil, Luft- und Raumfahrt, Metallurgie, Bearbeitung, Beschichtungen, Pharmazeutik, Biomedizin, Umwelt und vielen anderen.

 

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Bearbeitete Teile QC

Inspektion bearbeiteter Teile

BEARBEITETE TEILE

Prüfung anhand eines CAD-Modells mit 3D-Profilometrie

Autor:

Duanjie Li, PhD

Überarbeitet von

Jocelyn Esparza

Prüfung von bearbeiteten Teilen mit einem Profilometer

EINFÜHRUNG

Die Nachfrage nach Präzisionsbearbeitung zur Herstellung komplexer Geometrien ist in vielen Branchen gestiegen. Von der Luft- und Raumfahrt über die Medizintechnik und die Automobilindustrie bis hin zu technischen Getrieben, Maschinen und Musikinstrumenten - die ständige Innovation und Weiterentwicklung treiben die Erwartungen und Genauigkeitsstandards in neue Höhen. Infolgedessen steigt die Nachfrage nach strengen Inspektionstechniken und -instrumenten, um die höchste Qualität der Produkte zu gewährleisten.

Die Bedeutung der berührungslosen 3D-Profilometrie für die Teileinspektion

Der Vergleich der Eigenschaften von bearbeiteten Teilen mit ihren CAD-Modellen ist wichtig, um die Toleranzen und die Einhaltung der Produktionsstandards zu überprüfen. Die Inspektion während der Betriebszeit ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung, da der Verschleiß der Teile ihren Austausch erforderlich machen kann. Die rechtzeitige Feststellung von Abweichungen von den geforderten Spezifikationen hilft, kostspielige Reparaturen, Produktionsstopps und einen schlechten Ruf zu vermeiden.

Im Gegensatz zu einer Touch-Probe-Technik ist die NANOVEA Optische Profiler Führen Sie berührungslose 3D-Oberflächenscans durch und ermöglichen Sie so schnelle, präzise und zerstörungsfreie Messungen komplexer Formen mit höchster Genauigkeit.

MESSZIEL

In dieser Anwendung zeigen wir NANOVEA HS2000, einen berührungslosen 3D-Profiler mit einem Hochgeschwindigkeitssensor, der eine umfassende Oberflächeninspektion von Dimension, Radius und Rauheit durchführt. 

Und das alles in weniger als 40 Sekunden.

NANOVEA

HS2000

CAD-MODELL

Eine präzise Messung der Abmessungen und der Oberflächenrauheit des bearbeiteten Teils ist entscheidend, um sicherzustellen, dass es den gewünschten Spezifikationen, Toleranzen und Oberflächengüten entspricht. Das 3D-Modell und die technische Zeichnung des zu prüfenden Teils sind unten dargestellt. 

FALSCHE FARBANSICHT

Die Falschfarbenansicht des CAD-Modells und die gescannte Oberfläche des bearbeiteten Teils werden in ABBILDUNG 3 verglichen. Die Höhenvariation auf der Probenoberfläche ist an der Farbänderung zu erkennen.

Aus dem 3D-Oberflächenscan werden drei 2D-Profile extrahiert, wie in ABBILDUNG 2 dargestellt, um die Maßtoleranz des bearbeiteten Teils weiter zu überprüfen.

PROFILVERGLEICH & ERGEBNISSE

Die Profile 1 bis 3 sind in ABBILDUNG 3 bis 5 dargestellt. Die quantitative Toleranzprüfung wird durch den Vergleich des gemessenen Profils mit dem CAD-Modell durchgeführt, um strenge Fertigungsstandards einzuhalten. Profil 1 und Profil 2 messen den Radius verschiedener Bereiche auf dem gekrümmten, bearbeiteten Teil. Die Höhenabweichung von Profil 2 beträgt 30 µm über eine Länge von 156 mm, was der gewünschten Toleranzanforderung von ±125 µm entspricht. 

Durch die Festlegung eines Toleranzgrenzwerts kann die Analysesoftware automatisch feststellen, ob das bearbeitete Teil bestanden oder nicht bestanden wurde.

Inspektion von Maschinenteilen mit einem Profilometer

Die Rauheit und Gleichmäßigkeit der Oberfläche des bearbeiteten Teils spielen eine wichtige Rolle bei der Gewährleistung seiner Qualität und Funktionalität. ABBILDUNG 6 zeigt einen extrahierten Oberflächenbereich aus dem übergeordneten Scan des bearbeiteten Teils, der zur Quantifizierung der Oberflächengüte verwendet wurde. Die durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit (Sa) wurde mit 2,31 µm berechnet.

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Studie haben wir gezeigt, wie der berührungslose Profiler NANOVEA HS2000, ausgestattet mit einem Hochgeschwindigkeitssensor, eine umfassende Oberflächeninspektion von Abmessungen und Rauheit durchführt. 

Hochauflösende Scans ermöglichen es dem Benutzer, die detaillierte Morphologie und die Oberflächenmerkmale von bearbeiteten Teilen zu messen und sie quantitativ mit ihren CAD-Modellen zu vergleichen. Das Gerät ist auch in der Lage, jegliche Defekte wie Kratzer und Risse zu erkennen. 

Die fortschrittliche Konturanalyse dient als unvergleichliches Werkzeug, um nicht nur festzustellen, ob die bearbeiteten Teile den vorgegebenen Spezifikationen entsprechen, sondern auch um die Ausfallmechanismen der verschlissenen Komponenten zu bewerten.

Die hier gezeigten Daten stellen nur einen Teil der Berechnungen dar, die mit der fortschrittlichen Analysesoftware möglich sind, die mit jedem NANOVEA Optical Profiler mitgeliefert wird.

 

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