Warum Stufenhöhen messen?

Die Prüfung von Stufenhöhen nimmt in der Qualitätsprüfung eine wichtige Rolle ein. Daher finden sich in vielen technischen Zeichnung Toleranzangaben für Höhenmaße, zum Beispiel für Absätze, Nuten und Bohrungen. Werden die Vorgaben an die Stufenhöhe verletzt, entstehen nachteilige Spaltmaße oder es kommt zur ungewollten Berührung zweier Bauteiloberflächen. Dies kann zu Leckage an Dichtflächen, unterbrochenem Stromfluss an elektrischen Kontakten oder erhöhtem Reibwiderstand und Verschleiß führen. Zudem kann die Stufenhöhenmessung auch zur Optimierung auf- oder abtragender Fertigungsverfahren herangezogen werden, es lässt sich sowohl die Dicke intransparenter Schichten bestimmen als auch der Materialabtrag beispielsweise durch Laserpulse überprüfen.  

 

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Berechnungsmethoden für die Stufenhöhe

Im Unterschied zu anderen häufig geprüften Merkmalen wie Ebenheit, Parallelität oder Rauheit, handelt es sich bei der Stufenhöhenmessung nicht um ein genormtes Verfahren. Es stehen verschiedene Berechnungsmethoden zur Wahl, deren Ergebnisse sich aufgrund nicht-idealer Geometrien und Messbedingungen unterscheiden können:

  • Methode 1: 
    Die Stufenhöhe wird als vertikaler Abstand der Flächenschwerpunkte zweier Messflächen bestimmt
  • Methode 2:
    Die Stufenhöhe wird als vertikaler Abstand zwischen der (extrapolierten) Regressionsebene einer Messfläche und dem Schwerpunkt einer zweiten Messfläche bestimmt.


Methode 1 besticht durch Einfachheit, weist aber gleichzeitig eine hohe Sensitivität bezüglich der Neigung des Messobjekts auf. Methode 2 überwindet diesen Nachteil und ist daher für die Bestimmung der Stufenhöhe zu bevorzugen. Weil die Wahl der Bezugsebene einen Einfluss hat, muss sie in der technischen Zeichnung gekennzeichnet sein.

 

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Merkmale der punktuellen und profilhaften Stufenhöhenmessung

Die Prüfung von Stufenhöhen kann durch mechanisches Antasten der jeweiligen Oberflächen mit einer Tastkugel erfolgen. Mit Hilfe von Koordinatenmessgeräte werden häufig einzelne Messpunkte erfasst und für die Berechnung herangezogen. Beim Scannen wird die Tastkugel berührend über die Oberfläche geführt. Der höheren Messpunktdichte steht hierbei eine größere Unsicherheit der Messwerte gegenüber. Mittels optischer Sensorik kann die Antastung berührungslos erfolgen. Optische Liniensensoren können auch Vertiefungen erreichen, die für den mechanischen Taster nicht zugänglich sind.

Den genannten Vorgehensweisen ist gemein, dass die Messdaten nur lokal, das heißt punktuell oder entlang eines Profils herangezogen werden. Während eine engmaschige Rasterung der Oberfläche zeitintensiv ist, birgt eine grobe Rasterung oder gar stichprobenartige Prüfung das Risiko, dass relevante Verformungen der Oberfläche für die Auswertung unberücksichtigt bleiben.
 

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Flächenhafte Stufenhöhenmessung mittels Coherence Scanning Technologie (CSI)

Weißlichtinterferometer nutzen die Coherence Scanning Technologie, um Stufenhöhen präzise, berührungslos und selbst an für eine Tastkugel schwer zugänglichen Messpositionen zu bestimmen. Millionen gleichzeitig erfasster Messpunkte liefern dabei ein vollständiges Bild der Oberfläche, sodass auch die Form der beteiligen Messflächen berücksichtigt werden kann. Die flächenhafte Stufenhöhenmessung liefert dadurch zuverlässige Messergebnisse für eine fundierte Qualitätsprüfung. Neben der Stufenhöhe liefert dieselbe Messung gleichzeitig detaillierte Informationen zur Ebenheit und Ausrichtung der beiden Messflächen, sodass die Ursache für auftretende Qualitätsprobleme optimal analysiert werden kann. Große Arbeitsabstände, die kollisionsfreie Handhabung und robuste Messtechnik machen das Weißlichtinterferometer zum perfekten Messgerät sowohl für die fertigungsbegleitende Qualitätskontrolle als auch für die 100%-Prüfung. 


 

Automatische und zuverlässige Gut-Schlecht Bewertung der Stufenhöhe

Um sicherzustellen, dass jedes Bauteil die Stufenhöhen-Spezifikation erfüllt, kann eine Mess- und Auswerteroutine für eine 100%ige Qualitätskontrolle implementiert werden. Mit Rezepten bietet die TMS-Software das ideale Werkzeug, um den gesamten Prüfprozess mit nur einem Mausklick vollständig automatisiert durchzuführen. Dank intelligenter Softwarelösungen kann dabei sogar in vielen Fällen auf eine Probenhalterung verzichtet werden. Auf Basis festgelegter Grenzwerte erhalten Sie eine Gut-Schlecht-Bewertung, sodass Ausschussteile manuell oder maschinell durch Kommunikation des Messgeräts mit der Anlagensteuerung ausgesteuert werden können.

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