Granitbauteile finden breite Anwendung in der Präzisionsfertigung. Die Ebenheit ist dabei ein entscheidender Faktor, der die Leistungsfähigkeit und Produktqualität maßgeblich beeinflusst. Im Folgenden werden die Methoden, Geräte und Verfahren zur Prüfung der Ebenheit von Granitbauteilen detailliert beschrieben.
I. Nachweismethoden
1. Flachkristall-Interferenzverfahren: Geeignet für die hochpräzise Ebenheitsprüfung von Granitbauteilen, wie z. B. optischen Instrumentenbasen und Ultrapräzisionsmessplattformen. Der Flachkristall (ein optisches Glaselement mit sehr hoher Ebenheit) wird eng an die zu prüfende Granitbauteilfläche angelegt. Nach dem Prinzip der Lichtwelleninterferenz entstehen beim Durchgang von Licht durch den Flachkristall und die Oberfläche des Granitbauteils Interferenzstreifen. Bei einer perfekt ebenen Fläche verlaufen die Interferenzstreifen parallel und gleichmäßig. Bei einer konkaven oder konvexen Fläche sind die Streifen gekrümmt und verformt. Anhand des Krümmungsgrades und des Abstands der Streifen wird der Ebenheitsfehler mithilfe einer Formel berechnet. Die Genauigkeit liegt im Nanometerbereich, sodass selbst kleinste Abweichungen von der Oberfläche präzise erfasst werden können.
2. Elektronisches Nivellierverfahren: Dieses Verfahren wird häufig bei großen Granitbauteilen wie Werkzeugmaschinenbetten, großen Portalbearbeitungsplattformen usw. eingesetzt. Das elektronische Nivelliergerät wird auf der Oberfläche des Granitbauteils platziert, um den Messpunkt auszuwählen, und entlang eines festgelegten Messpfads bewegt. Mithilfe eines internen Sensors misst das Nivelliergerät in Echtzeit die Änderung des Winkels zwischen sich und der Schwerkraft und wandelt diese in die Abweichungsdaten um. Für die Messung ist ein Messraster erforderlich, in dem Messpunkte in bestimmten Abständen in X- und Y-Richtung ausgewählt und die Daten jedes Punktes erfasst werden. Durch die Analyse der Daten mithilfe einer Software zur Datenverarbeitung kann die Oberflächenebenheit der Granitbauteile bestimmt werden. Die Messgenauigkeit erreicht den Mikrometerbereich und erfüllt somit die Anforderungen an die Ebenheitsprüfung großflächiger Bauteile in den meisten industriellen Anwendungen.
3. CMM-Prüfverfahren: Eine umfassende Ebenheitsprüfung kann an komplex geformten Granitbauteilen, wie z. B. Granitsubstraten für Sonderformen, durchgeführt werden. Das CMM bewegt sich im dreidimensionalen Raum mittels des Messtasters und berührt die Oberfläche des Granitbauteils, um die Koordinaten der Messpunkte zu erfassen. Die Messpunkte sind gleichmäßig auf der Bauteilebene verteilt und bilden ein Messgitter. Das Gerät erfasst automatisch die Koordinatendaten jedes Punktes. Mithilfe professioneller Messsoftware wird anhand der Koordinatendaten der Ebenheitsfehler berechnet. So lassen sich nicht nur die Ebenheit, sondern auch Bauteilgröße, Form- und Positionstoleranzen sowie weitere mehrdimensionale Informationen ermitteln. Die Messgenauigkeit variiert je nach Gerätegenauigkeit, liegt aber in der Regel zwischen wenigen Mikrometern und einigen zehn Mikrometern. Das Verfahren ist sehr flexibel und eignet sich für die Prüfung verschiedenster Granitbauteile.
II. Vorbereitung der Prüfgeräte
1. Hochpräziser Plankristall: Wählen Sie den entsprechenden Präzisionsplankristall entsprechend den Anforderungen an die Prüfgenauigkeit der Granitbauteile aus. Für die Prüfung der Ebenheit im Nanometerbereich ist beispielsweise ein superpräziser Plankristall mit einem Ebenheitsfehler im Bereich weniger Nanometer erforderlich. Der Durchmesser des Plankristalls sollte etwas größer sein als die Mindestgröße des zu prüfenden Granitbauteils, um eine vollständige Abdeckung des Prüfbereichs zu gewährleisten.
2. Elektronische Wasserwaage: Wählen Sie eine elektronische Wasserwaage, deren Messgenauigkeit den Anforderungen entspricht, z. B. eine mit einer Genauigkeit von 0,001 mm/m, die für hochpräzise Messungen geeignet ist. Bereiten Sie außerdem einen passenden Magnettisch vor, um die Wasserwaage sicher auf der Oberfläche des Granitbauteils zu fixieren, sowie Datenerfassungskabel und eine Datenerfassungssoftware, um die Messdaten in Echtzeit zu erfassen und zu verarbeiten.
3. Koordinatenmessgerät: Die Wahl des geeigneten Koordinatenmessgeräts richtet sich nach der Größe und Formkomplexität der Granitbauteile. Große Bauteile erfordern Messgeräte mit großem Messbereich, während komplexe Formen Geräte mit hochpräzisen Messtastern und leistungsstarker Messsoftware benötigen. Vor der Messung wird das Koordinatenmessgerät kalibriert, um die Genauigkeit des Messtasters und die Positioniergenauigkeit zu gewährleisten.
III. Testprozess
1. Prozess der Interferometrie mit flachen Kristallen:
◦ Reinigen Sie die Oberfläche der zu prüfenden Granitbauteile und die ebene Kristalloberfläche. Wischen Sie sie mit wasserfreiem Ethanol ab, um Staub, Öl und andere Verunreinigungen zu entfernen und sicherzustellen, dass die beiden Teile lückenlos und dicht zusammenpassen.
Legen Sie den flachen Kristall langsam auf die Oberfläche des Granitteils und drücken Sie ihn leicht an, um einen vollständigen Kontakt zwischen den beiden herzustellen und so Blasenbildung oder ein Verkippen zu vermeiden.
◦ In einer Dunkelkammer wird eine monochromatische Lichtquelle (z. B. eine Natriumdampflampe) verwendet, um den flachen Kristall senkrecht zu beleuchten, die Interferenzstreifen von oben zu beobachten und die Form, Richtung und den Krümmungsgrad der Streifen aufzuzeichnen.
◦ Auf Basis der Interferenzstreifendaten wird der Planheitsfehler mithilfe der entsprechenden Formel berechnet und mit den Planheitstoleranzanforderungen des Bauteils verglichen, um festzustellen, ob es qualifiziert ist.
2. Elektronisches Füllstandsmessverfahren:
◦ Auf der Oberfläche des Granitbauteils wird ein Messraster eingezeichnet, um die Position des Messpunkts zu bestimmen. Der Abstand zwischen den benachbarten Messpunkten wird entsprechend den Größen- und Genauigkeitsanforderungen des Bauteils angemessen festgelegt, im Allgemeinen 50-200 mm.
◦ Montieren Sie eine elektronische Wasserwaage auf einem magnetischen Tischfuß und befestigen Sie sie am Startpunkt des Messrasters. Schalten Sie die Wasserwaage ein und notieren Sie die anfängliche Nivellierung, sobald sich die Daten stabilisiert haben.
◦ Bewegen Sie die elektronische Wasserwaage Punkt für Punkt entlang des Messpfades und erfassen Sie die Nivellierungsdaten an jedem Messpunkt, bis alle Messpunkte vermessen sind.
◦ Importieren Sie die Messdaten in die Datenverarbeitungssoftware, verwenden Sie die Methode der kleinsten Quadrate und andere Algorithmen, um die Ebenheit anzupassen, erstellen Sie den Ebenheitsfehlerbericht und beurteilen Sie, ob die Ebenheit des Bauteils den Standards entspricht.
3. Detektionsprozess der Koordinatenmessmaschine:
◦ Platzieren Sie das Granitbauteil auf dem Arbeitstisch der Koordinatenmessmaschine und fixieren Sie es mithilfe der Vorrichtung fest, um sicherzustellen, dass sich das Bauteil während der Messung nicht verschiebt.
◦ Entsprechend der Form und Größe des Bauteils wird in der Messsoftware der Messpfad geplant, um die Verteilung der Messpunkte zu bestimmen und so eine vollständige Abdeckung der zu prüfenden Ebene sowie eine gleichmäßige Verteilung der Messpunkte zu gewährleisten.
◦ Starten Sie das Koordinatenmessgerät, bewegen Sie den Messtaster entlang des geplanten Pfades, berühren Sie die Messpunkte auf der Oberfläche des Granitbauteils und erfassen Sie automatisch die Koordinatendaten jedes Punktes.
◦ Nach Abschluss der Messung analysiert und verarbeitet die Messsoftware die erfassten Koordinatendaten, berechnet den Ebenheitsfehler, erstellt einen Prüfbericht und ermittelt, ob die Ebenheit des Bauteils der Norm entspricht.
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Veröffentlichungsdatum: 28. März 2025