Zoller: Schneidwerkzeuge messen und inspizieren Schneidkantenstruktur messen und analysieren

Von Konrad Mücke

Die Kantenverrundung und die Oberflächen an Schneidwerkzeugen messen Werkzeughersteller und -schleifer sowie Fertigungsbetriebe mit den berührungslos optisch messenden Inspektionsgeräten mμFocus deutlich einfacher und zuverlässiger als mit tastenden Verfahren.

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Für exakte Analysen: Nach dem selbsttätigen Fokussieren erfasst der Licht­strahl mit Hilfe konfokaler Reflexion flächig die Höhenstruktur der Oberflächen an Schneidkanten und in Spannuten.
Für exakte Analysen: Nach dem selbsttätigen Fokussieren erfasst der Licht­strahl mit Hilfe konfokaler Reflexion flächig die Höhenstruktur der Oberflächen an Schneidkanten und in Spannuten.
(Bild: E. Zoller GmbH & Co. KG)

Beim Bearbeiten schwieriger, die Werkzeuge stark verschleissender Werkstoffe, zum Beispiel warmfester Stahl- und Nickelbasislegierungen für Turbolader sowie faserverstärkter Kunststoffe, erweisen sich Werkzeuge mit sachgerecht verrundeten, einwandfrei glatten Schneidkanten als besonders vorteilhaft. Sie bearbeiten prozesssicher auf hohe Oberflächengüte und erreichen lange Standzeiten. Allerdings war es bisher kaum möglich, die Verrundungen und die Oberflächen der Schneidkanten zuverlässig wiederholbar zu messen und nach standardisierten Kriterien zu beurteilen. Dies gelingt inzwischen mit dem optischen Mess- und Inspektionsgerät mμFocus von der E. Zoller GmbH & Co. KG in Pleidelsheim. Es misst in der üblichen Werkstattumgebung robust und zuverlässig. Das Personal in der Werkstatt kann das Gerät problemlos bedienen und die Messergebnisse ohne weiterreichendes Spezialwissen beurteilen. Somit eignet sich das optische Messgerät ideal für Werkzeughersteller, Werkzeugschleifer und die innerbetriebliche Werkzeugvorbereitung in Fertigungsbetrieben. Bei wenig Aufwand können Fachkräfte die Schneidkanten rasch und zuverlässig messen. Anhand der ausgegebenen Farbgrafiken, Diagramme und Tabellen können sie die Qualität der Schneidkanten bewerten. Das sorgt dafür, dass nur Werkzeuge bereitgestellt werden, die exakt den Forderungen an die vorgegebene Schneidkantenpräparation und Oberflächengüte entsprechen.

Optisch messen ist einfach und zuverlässig

Sebastian Riesner, Spezialist für optische Messtechnik, beschreibt das berührungslose, mikroskopische Messverfahren: «Wir nutzen die konfokale Messtechnik. Dabei tasten wir mit einem Lichtstrahl auf einer 1,0 mm x 0,8 mm messenden Fläche bei 1,3 Millionen Pixeln Auflösung in mehreren Höhenstufen die zu messenden Schneidkanten ab. Das von der Oberfläche der Schneidkanten unter unterschiedlichen Winkeln reflektierte Licht wird durch Linsen gesammelt und auf einem Sensor abgebildet. Anhand der Intensität des dort auftreffenden Lichts kann man ein exaktes Bild von der Höhenstruktur der betrachteten Oberfläche erstellen.» Zum Messen muss der Bediener lediglich die Mess­optik auf die Oberflächen der Schneidkanten fokussieren.

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Stabiler Geräteaufbau

Die Messgeräte mμFocus sind als Tischgeräte ausgeführt. Optik und Mechanik zum Erzeugen und Fokussieren des Mess-Lichtstrahls sowie zum Auswerten des reflektierten Lichts sind in einem kompakten, robusten Gehäuse integriert. Letzteres ist über eine lineare Messachse vertikal (Z-Achse) um 300 mm einstellbar. Auf dem Arbeitstisch, der mit zahlreichen Standardgewindebohrungen versehen ist, können geeignete Vorrichtungen zum Aufnehmen und Halten der zu messenden Werkzeuge angeordnet werden. Der Hersteller bietet dafür mehrere Spannsysteme, unter anderem eines, das in einer Spindel mit einem Hydrodehnspannfutter über Reduzierhülsen Werkzeuge mit zylindrischem Schaft (3 bis 32 mm Durchmesser) aufnimmt. Ein einstellbarer Anschlag positioniert die Werkzeuge in Längsrichtung. Zudem steht zum Beispiel eine Kombination aus einem Drehtisch (360°) und einem Kreuztisch (35 mm Stellweg in X- und Y-Achse) zur Verfügung. Zum exakten, schnellen und einfachen Ausrichten der Werkzeuge verfügen der Kreuz- und der Drehtisch über eine feinfühlige Mikrojustage (Nonius). Die Werkzeuge können so um ihre Längs­achse gedreht werden, um jeden Bereich der Schneidkante problemlos zu erfassen und zu messen. Optional gibt es eine Aufnahme für Wendeschneidplatten.

Ausgereifte Software automatisiert Messablauf

«Mikrostrukturen auf Schneidkanten exakt zu messen, erfordert vor allem robuste, wiederholgenaue Abläufe beim Messen. Deshalb haben wir die Messungen mit Hilfe unserer Software Pilot weitgehend automatisiert», berichtet Sebastian Riesner. Beim Messen wird der Bediener intuitiv über Icons angeleitet und geführt. So kann er übersichtlich anhand von Grafiken die jeweils zu messenden Geometrien vorwählen. Nach dem automatischen Fokussieren des Mess-Lichtstrahls erfasst der Sensor die zu messende Schneidkante. Die Software wertet die Messergebnisse selbsttätig aus. Auf einem hochauflösenden Farbmonitor zeigt sie unterschiedliche, wählbare Darstellungen. Das betrifft zum einen das optische Abbild der gemessenen Oberfläche, zum anderen eine bis auf etwa 0,03 μm auflösende, durch unterschiedliche Farben verdeutlichte Höhenstruktur in einem 3D-Bild. Um beim Messen der Schneidkantenverrundung die Informationen schnell beurteilen zu können, gibt der Bediener die individuell gewünschte Auflösung der Höhenstruktur vor. Algorithmen berechnen daraus eine übersichtliche, farblich differenzierte 3D-Darstellung. Aus ihr kann man schnell und komfortabel die Radien der Schneidkantenverrundung ablesen.

Darüber hinaus gibt die Software wahlweise Rauheitsdiagramme entsprechend den Normen für Rauheitsprofile ISO4287 und ISO13565 beziehungsweise für flächenbasierte Oberflächenrauheiten ISO25178-2 und ISO16610 oder Tabellen mit konkreten Messdaten aus. Dazu sagt Sebastian Riesner: «Dank dieser Software können Nutzer unseres Mess- und Inspektionsgeräts mμFocus sehr schnell und zuverlässig die Schneidkanten und die Oberflächen zerspanender Werkzeuge analysieren und beurteilen. Das dient zur Qualitätssicherung. Zudem kann man diese Informationen nutzen, um unverzüglich das Verrunden der Schneidkanten nachzusteuern und zu optimieren.»

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Mikroskopisch messen erhöht Prozess­sicherheit

Wie Sebastian Riesner hinzufügt, lassen sich mit dem Messgerät mμFocus beim Werkzeugschleifen und bei der Schneidkantenpräparation die mikroskopischen Geometrien der Schneidkanten sicher und zuverlässig beurteilen und somit ihre Eigenschaften gewährleisten. «Unsere Mess­technik sorgt dafür, dass Fertigungsbetriebe nicht mehr auf die bisher üblichen Versprechen vertrauen müssen, sondern exakte und reproduzierbare Messdaten zu den mikrogeometrischen Eigenschaften ihrer Zerspanungswerkzeuge erhalten. Damit trägt das Messen entscheidend zu höchster Prozesssicherheit bei. Das betrifft zum einen das Schleifen und das Verrunden der Schneidkanten beim Werkzeughersteller, zum anderen den Einsatz der Werkzeuge in der Fertigung», fasst Sebastian Riesner zusammen. Der Messgerätehersteller ist nach DIN EN ISO 17025:2018 zertifiziert und somit berechtigt, seine Geräte nach dieser Norm selbst zu zertifizieren.

SMM

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