DE10032498A1 - Verfahren und Meßsystem zur Bestimmung charakteristischer Oberflächenmerkmale - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein zur Ausübung des Verfahrens bestimmtes System zur Erfassung und Vermessung charakterisierbarer Oberflächenmerkmale an mit Hartstoffen besetzten Schleifenwerkzeugen, insbesondere von Diamantschleifscheiben. DOLLAR A Ausgehend von der Aufgabenstellung, eine Charakterisierung der Oberflächentopographie an Schleifwerkzeugen mit Hilfe von 3-D-Oberflächenmerkmalen zu schaffen, werden in einer Reihe einzelner Verfahrensschritte ausgewählte Objektbereiche der Oberfläche nach festgelegten Oberflächenkenngrößen betrachtet und das 3-D-Höhenprofil der einzelnen Schleifkörner sowie deren Kornspitzenverteilung berechnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein zur Ausübung des Verfahrens bestimmtes System zur Erfassung und Vermessung charakterisierbarer Oberflächenmerkmale an mit Hartstoffen besetzten Schleifwerkzeugen, insbesondere von Diamantschleifscheiben.

Verfahren und Meßeinrichtungen zur Erfassung der Schleifscheibentopographie, die nach den berührungslosen laser­ optischen Autofokusprinzip arbeiten, sind bekannt. Sie haben für die 3-D- Erfassung von Mikrostrukturen bereits Anwendung gefunden.

Prinzipbedingt stößt dieses Verfahren aber bei hohen Oberflächenrauhigkeiten vielfach an seine praktisch nutzbaren Grenzen, was sich besonders im Hinblick auf die Verfahrensökonomie bei Schleifscheiben mit keramischen- und Kunstharzbindungen gezeigt hat. So ist es derzeit nicht möglich, auf objektive und automatisierte Weise die Oberflächenstruktur von Schleifwerkzeugen zu ermitteln.

Ein erfahrener Prüfer muß mit Hilfe eines Mikroskops oder einer speziellen Lupe die Oberflächenstruktur von Schleifwerkzeugen subjektiv bewerten, was hinsichtlich der hier in Betracht stehenden Bewertungskriterien zum Teil recht schwierig und wegen der verschiedenen Korngrößen und Kornstrukturen auch sehr umständlich ist.

Die wesentlichen Bewertungskriterien stellen hierbei der sog. Kornbindungsüberstand und die Kornspitzenverteilung dar, die erfahrungsgemäß für das Arbeits- und Leistungsverhalten der Schleifwerkzeuge wesensbestimmend bzw. charakteristisch sind. Da gegenwärtig eine hinreichend genaue und objektive Merkmalsbestimmung der Schleifwerkzeugoberfläche nicht möglich ist, kann auch eine eindeutige Aussage über die Art und Weise der Korrelation zwischen Werkzeugoberfläche und Arbeitsverhalten unter Berücksichtigung unterschiedlicher Bearbeitungsparameter, wie Schnittiefe, Vorschubgeschwindigkeit, Schnittgeschwindigkeit, nicht getroffen werden. Das wird als nachteilig empfunden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgemäß darin, ein berührungslos arbeitendes, vorzugsweise mit optischen Mitteln geführtes Arbeitsverhalten mit zugehörigem Meßsystem zur Bestimmung der relevanten Merkmale und Charakterisierung der Oberflächentopographie, insbesondere an galvanisch gebundenen Schleifwerkzeugen, zu schaffen, welches ausgehend von der Definition der zwei 3D- Oberflächenmerkmale, nämlich dem "Kornbindungsüberstand" und die "Kornspitzenverteilung" die Oberflächentopographie zu charakterisieren gestalten, und welches die Möglichkeit schafft, die oben genannten Korrelationen unter vertretbaren finanziellen Aufwand nunmehr objektiv durchführen zu können.

Es wurde überraschenderweise gefunden, daß nach Betrachtung der üblichen optischen 3D-Meßverfahren, wie Weißlichtinterferometrie, Verfahren mittels strukturiertem Licht und konfokale Verfahren sich das letztere als das geeignetste für die Lösung der Aufgabenstellung darstellt.

Bei diesem Verfahren wird die geringe Tiefenschärfe genutzt, um von der Oberfläche jeweils in mehreren Ebenen scharfe Bilder zu erhalten, die zu einem 3D-Bild zusammengefaßt werden.

Aus diesem 3D-Bilddaten werden mit speziellen Bildverarbeitungsverfahren die Merkmale der Oberflächenstruktur "Kornbindungsüberstand" und " Kornspitzenverteilung" berechnet.

Zur besseren Veranschaulichung dieser beiden Oberflächenmerkmale soll die nachfolgende grafische Darstellung dienen:

Das Verfahren zur dreidimensionalen Erfassung der Oberflächenmerkmale wird nachstehend an Hand der einzelnen Verfahrensschritte beschrieben:

• - In einem ersten Arbeitsschritt wird die Objektoberfläche mit einer kombinierten und rechnergesteuerten Hellfeld- und Dunkelfeld- Auflichtbeleuchtung diffus und homogen ausgeleuchtet, wobei die Beleuchtungsintensität den Reflexionseigenschaften der Objekt- Oberfläche derart angepasst wird, dass sowohl an stark reflektierenden als auch an matten Oberflächenbereichen eine ausreichende Qualität für die Bilderfassung erreicht wird;
• - in einem folgenden Arbeitsschritt wird auf die Objektoberfläche in der Ebene der Tiefenschärfe des optischen Erfassungssystems ein Streifenmuster projiziert, um auch weniger strukturierte Oberflächenbereiche des Schleifwerkzeuges erfassen zu können;
• - im weiteren Verfahrensablauf werden von der Oberfläche ebenen­ weise, d. h. senkrecht zur Beobachtungsrichtung, jeweils in äquidistanten Schritten, Bilder mit einem optischen Erfassungssystem, mit hoher Tiefenschärfe aufgenommen, wobei die scharf abgebildeten Bildbereiche einer jeden Bildebene ermittelt und zur Generierung des 3D-Höhenprofils eingesetzt werden;
• - die scharf abgebildeten Bildbereiche, die durch einen hohen Kontrast zwischen den benachbarten Bildebenen gekennzeichnet sind, werden nun durch einen Bildoperator zur Kontrasterkennung herangezogen;
• - die auf dem Bild scharf abgebildeten Objektbereiche werden so­ dann der jeweiligen Ebene der entsprechenden Z-Koordinate zugeordnet und daraus ein 3D-Höhenprofil erstellt;
• - Daraufhin wird zur Ermittlung der Oberflächenkenngrößen Kornbindungsüberstand und Kornspitzenverteilung aus dem 3D- Höhenprofil die Ebene der Bindungsmatrix durch Separierung des Schleifkornbereiches berechnet;
• - die maximale Höhe jedes einzelnen Schleifkorns wird, bezogen auf die Ebene des Untergrundes aus dem 3D-Höhenprofil bestimmt;
• - schließlich wird aus den ermittelten Höhen aller Schleifkörner, bezogen auf die Ebene des Untergrundes der mittlere Kornbindungsüberstand und aus der Höhenverteilung der Schleifkörner die Kornspitzenverteilung berechnet.

Claims (1)

1. Verfahren zur dreidimensionalen Erfassung der Oberflächenmerkmale des Kornbindungsüberstandes und der Kornspitzenverteilung an Schleifwerkzeugen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
   die Objektoberfläche wird mit einer kombinierten und rechnergesteuerten Hellfeld- und Dunkelfeld-Auflichtbeleuchtung diffus und homogen ausgeleuchtet, wobei die Beleuchtungsintensität den Reflexionseigenschaften der Objekt­ oberfläche derart angepasst wird, dass sowohl an stark reflektierenden als auch an matten Oberflächenbereichen eine ausreichende Qualität für die Bilderfassung erreicht wird;
   auf die Oberfläche, in der Ebene der Tiefenschärfe des optischen Erfassungssystems, wird ein Streifenmuster projiziert;
   von der Oberfläche werden ebenenweise Bilder mit einem optischen Erfassungssystem aufgenommen wobei die scharf abgebildeten Bildbereiche einer jeden Bildebene ermittelt und zur Generierung des 3D-Höhenprofils eingesetzt werden;
   die scharf abgebildeten Bildbereiche werden durch einen Bildoperator zur Kontrasterkennung herangezogen;
   die auf dem Bild scharf abgebildeten Objektbereiche werden der jeweiligen Ebene der entsprechenden Z-Koordinate zugeordnet und daraus ein 3D-Höhenprofil erstellt;
   zur Ermittlung der Oberflächenkenngrößen Kornbindungsüberstand und Kornspitzenverteilung wird aus dem 3D-Höhenprofil die Ebene der Bindungsmatrix durch Separierung des Schleifkornbereiches berechnet;
   die maximale Höhe jedes einzelnen Schleifkorns wird aus dem 3D- Höhenprofil bestimmt;
   aus den ermittelten Höhen aller Schleifkörner bezogen auf die Ebene des Untergrundes werden der mittlere Kornbindungsüberstand und aus der Höhenverteilung der Schleifkörner die Kornspitzenverteilung berechnet.