DE102023115319A1 - Verfahren zur Ermittlung des Porenflächenanteils einer bearbeiteten Oberfläche - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Porenflächenanteils einer bearbeiteten Oberfläche, in welchem Verfahren mit einem taktilen Rauheitsmessverfahren auf der bearbeiteten Oberfläche entlang wenigstens einer Messstrecke (26), für mehrere sich in verschiedenen Höhenniveaus befindliche Schnittlinien (C1) der linienseitige Porenflächenanteil (Pfa) ermittelt wird (500), dann auf wenigstens einer Fläche (61) der bearbeiteten Oberfläche mit einem optischen Messverfahren hoher Genauigkeit der flächenbezogene Porenflächenanteil (Pfa) ermittelt wird (510), wobei die bei der linienseitigen Messung geprüften Messstrecken (26) durch die bei der optischen Messung geprüften Flächen (61) vollständig oder zum größten Teil abgedeckt sind, dann mit einer Verarbeitungseinheit die Korrelationen (r) zwischen dem durch das optische Messverfahren hoher Genauigkeit ermittelten flächenbezogenen Porenflächenanteil (Pfa) und den durch das taktile Rauheitsmessverfahren bei verschiedenen Abständen (c) der Schnittlinie (C1) ermittelten linienseitigen Porenflächenanteilen (Pfa) bestimmt wird (520) und bei dem zur höchsten Korrelation (r) gehörenden Abstand (c) die Einstellungen des linienseitigen taktilen Rauheitsmessverfahrens als optimal betrachtet werden (530).

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Porenflächenanteils einer bearbeiteten Oberfläche. Die Erfindung dient insbesondere zur Ermittlung des Porenflächenanteils durch eine taktile, linienseitige Rauheitsmessung (Tastschnittverfahren), wobei das flächenbezogene Ergebnis der optischen Messung auf Flächenbasis bei Aufweisung einer ziemlich hohen Korrelation als Referenz berücksichtigt wird, und das Ergebnis der taktilen, linienseitigen Rauheitsmessung mit dem Wert des flächenbezogenen optischen Messverfahrens verglichen wird (Korrelationsprüfung). Das erfindungsgemäße Verfahren dient insbesondere zur effektiven Kontrolle der Qualität der Lauffläche insbesondere in der Zylinderbohrung von Verbrennungsmotoren.
• Das Dokument DE 10315218 A1 erläutert ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Feinbearbeitung der Oberfläche eines Werkstücks mit einer Oberflächentextur, wobei wenigstens ein, die Oberflächentextur beschreibender Oberflächenparameter geregelt wird. Im Laufe des Verfahrens wird die Oberflächenqualität, zweckmäßigerweise die Rauheit wenigstens eines Werkstückabschnitts gemessen.
• Im Dokument DE 102008024811 A1 wird eine Vorrichtung mit einem taktilen Sensor (Taster) und einem optischen Sensor sowie ein Messverfahren zum Testen der Oberfläche einer Zylinderbohrung erläutert. Während des Messverfahrens wird zur Kontrolle der Oberflächentextur der Zylinderbohrung ein optischer Test durchgeführt, wobei von bestimmten Segmenten der Zylinderbohrung in gegebenen Tiefenbereichen schichtweise, mit Hilfe einer optischen Messung, die in bestimmten Segmenten und zwischen gegebenen Tiefengrenzen am Zylindermantel ausgeführt wird, Aufnahmen gefertigt werden.
• Zur Messung des Porenflächenanteils einer bearbeiteten Oberfläche gilt in der Praxis das optische Verfahren mit einem konfokalen Mikroskop als ein wohlbekanntes Messverfahren, wobei mit dem Mikroskop unter Anwendung von verschiedenen Brennweiten aus in mehreren Schichten gefertigten Aufnahmen eine 3D-Oberfläche hergestellt wird. Die Draufsicht einer solchen 3D-Oberfläche ist in 1A zu sehen, die ein topographisches Bild in Draufsicht darstellt, wo die Tiefeninformation durch Färbung erscheint. In 1B ist eine rasterelektronenmikroskopische (REM-artige) Darstellung der in 1A gezeigten Oberfläche zu sehen. 1A und 1B zeigen die gleiche Oberfläche, aber in anderen bildlichen Darstellungen. Im nächsten Schritt wird in einer gegebenen Tiefe der anhand der obenerwähnten Aufnahmen hergestellten 3D-Oberfläche der Prozentanteil der Oberflächenporen im Vergleich mit der geprüften Oberfläche ermittelt. 1C zeigt das Porenbild des in einer gegebenen Tiefe geschnittenen Querschnitts der geprüften Oberfläche. Wie aus 1C gut ersichtlich ist, erscheinen die mit heller Farbe dargestellten Poren als gut umgrenzte Bereiche. Schließlich wird innerhalb der geprüften Oberfläche, in einer gegebenen Tiefe die Summe der Porenflächen bestimmt und der Quotient der Gesamtfläche der Poren und der Fläche der geprüften Oberfläche errechnet, was den zu einer bestimmten Schicht gehörenden Porenflächenanteil angibt.
• Der Nachteil des oben geschilderten optischen Messverfahrens besteht darin, dass es äußerst zeitaufwendig und kostspielig ist, deshalb kann diese Methode zur serienmäßigen schnellen Qualitätskontrolle von mit Oberflächenbearbeitung hergestellten Erzeugnissen, insbesondere der Zylinderbohrung von Verbrennungsmotoren nicht wirtschaftlich eingesetzt werden.
• Eine Methode zur Prüfung der Rauheit der Oberflächenbearbeitung beschreibt die Norm ISO 4287, die die Ermittlungsmethode des Materialanteils von bearbeiteten Oberflächen spezifiziert. Das Prinzip der normgemäßen Messung ist in 1D veranschaulicht. In diesem Verfahren wird durch taktile (auf Berührung beruhende) Rauheitsmessung über eine vorbestimmte Auswertelänge In das linienseitige Rauheitsprofil R von wenigstens einer ausgewählten Fläche der bearbeiteten Oberfläche ermittelt. Für jedes Rauheitsprofil R wird parallel zur horizontalen Achse (x) des das Rauheitsprofil R darstellenden Diagramms eine Referenzlinie (Basislinie) C_ref definiert, die die höchste Spitze des gefilterten Rauheitsprofils R berührt. Diese gerade Linie wird parallel (in Materialprozent oder mit einem absoluten Wert) in Materialrichtung mit einem gegebenen (minimalen) Wert - eventuell sogar in mehreren Stufen - verschoben, wodurch eine neue Bezugslinie C₀ erhalten wird. Diese Verschiebung ist deshalb notwendig, weil sich die einzeln hervorstehenden Spitzen in der Praxis sehr schnell abnutzen, weshalb sie keine Bedeutung haben, aber sie würden die Auswertung ungünstig beeinflussen. Aus diesem Grunde wird, wenn man praktisch sein will, eine Bezugslinie bevorzugt, die sich unter den obersten Spitzen befindet, und diese wird die neue C₀ Bezugslinie sein. Danach wird eine zur neuen C₀ Bezugslinie parallele C₁ Schnittlinie definiert, die das Rauheitsprofil R in einem gegebenen Abstand c von der C₀ Basislinie in Richtung des Materials schneidet, und es werden die Schnittpunkte der Kurve des Rauheitsprofils R und der Schnittlinie C₁ bestimmt. Im Rauheitsprofil R entlang der Schnittlinie C₁ fortbewegend werden die Abstände Lx zwischen den die Spitzen begrenzenden Schnittpunkten ermittelt (die also die Materialbereiche bestimmen), schließlich wird der Quotient der Summe der erwähnten Abstände Lx und der gesamten Auswertelänge In bestimmt, der als linienseitiger Materialanteil Rmr definiert wird, wobei Rmr = [(L1 +L2+... Ln)/ln] x 100% ist. Die zu den verschiedenen Abständen/Tiefen gehörenden Materialanteilwerte Rmr des Rauheitsprofils R ergeben auf der Kurve G (Abbott-Kurve) verschiedene Materialprozentwerte. Je tiefer die Schnittlinie C₁ liegt (wie sich also der Abstand c erhöht), desto höher ist der erhaltene Materialprozent-Wert.
• Es ist kennzeichnend für die bekannten Messverfahren, dass bei der Prüfung der Qualität der bearbeiteten Oberflächen bezüglich der Oberfläche eine Ermittlung des Materialanteils durchgeführt wird, währenddessen in der Zylinderbohrung der Motorblöcke hinsichtlich der Oberflächenqualität gerade die Oberflächenteile mit mangelhaftem Material von Bedeutung sind, also der Flächenanteil ihrer Poren, da die erwähnten Poren beim Halten des Schmieröls in der Zylinderbohrung eine entscheidende Rolle spielen.
• Einem Teil der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Porenflächenanteil einfach in der Weise ermittelt werden kann, dass während der taktilen linienseitigen Messung und Auswertung gemäß der Norm ISO 4287 nicht die Breiten der Spitzen, sondern die Breiten der Täler in einer bestimmten Höhe summiert werden. Als Ergebnis wird nämlich anstatt des Materialanteils Rmr der Wert (1-Rmr) erhalten, der gerade dem Porenflächenanteil entspricht. Das optische Mess- und Auswertungsverfahren ist zwar sehr genau, aber der zeitliche Ablauf der Prüfung ist sehr langwierig, deshalb war unser Ziel die Entwicklung eines schnelleren Mess- und Auswerteverfahrens, das innerhalb des Rahmens der herkömmlichen taktilen Rauheitsmessung nahezu die gleiche Genauigkeit wie die optische Methode aufweist, das in das Messverfahren im Messraum der Fertigungslinie eingefügt werden kann und seitens der die Messmaschine bedienenden Person keinen zusätzlichen Zeitaufwand erfordert, wodurch gleichzeitig eine diesbezügliche Belastung der optischen Messmaschine des zentralen Feinmessraums vermindert werden kann.
• So ist man zu der Erkenntnis gekommen, dass man das Ergebnis der linienseitigen Messung des Porenflächenanteils mit dem Ergebnis der optischen Messung (flächenbezogenen Messung) vergleicht und aufgrund dieses Vergleichs die Auswertungsparameter der linienseitigen Messung so einstellt, dass zur optischen Messung nahezu gleiche Ergebnisse erhalten werden. Dazu werden die Ergebnisse der zweierlei Messungen miteinander korreliert, wobei das Ergebnis der optischen Messung maßgebend ist und man versucht, sich dieser durch die Verschiebung der bei der linienseitigen taktilen Messung angewendeten, obenerwähnten Basislinie C_ref, der neuen Bezugslinie C₀ und der Schnittlinie C₁ bestmöglichst anzunähern. Als Ergebnis dieses Iterationsverfahrens erhält man die besten Einstellparameterwerte (C₀, C₁) der taktilen Messung. Wenn mit den gegebenen Werten der Einstellparameter (C₀, C₁) eine hohe Korrelation erreicht wird, kann auf die optischen Messungen verzichtet werden, und optische Messungen werden nur dann durchgeführt, wenn aufgrund der linienseitigen taktilen Messergebnisse die Porenflächenanteile einen bestimmten Grenzwert überschritten haben. Solange sich die Ergebnisse des taktilen Messvorgangs im Bereich zwischen den Grenzwerten befinden, ist keine optische Messung hinsichtlich der Kontrolle der Werkstücke notwendig, wodurch Zeit, Geld und Energie gespart werden.
• Die gestellten Ziele werden mit einem Verfahren zur Ermittlung des Porenflächenanteils einer bearbeiteten Oberfläche erreicht, bei dem mit einem taktilen Rauheitsmessverfahren auf der bearbeiteten Oberfläche entlang wenigstens einer Messstrecke für mehrere, in unterschiedlichen Höhen befindliche Schnittlinien der linienseitige Porenflächenanteil bestimmt wird; auf wenigstens einer Fläche der bearbeiteten Oberfläche mit einem optischen Messverfahren hoher Genauigkeit der flächenbezogene Porenflächenanteil ermittelt wird, wobei die bei der linienseitigen Messung geprüften Flächen durch die bei der optischen Messung geprüften Flächen vollständig oder zum größten Teil abgedeckt werden; durch eine Verarbeitungseinheit die Korrelationen zwischen dem durch das optische Messverfahren hoher Genauigkeit ermittelten Porenflächenanteil und den durch das taktile Rauheitsmessverfahren bei verschiedenen Abständen der Schnittlinie ermittelten Porenflächenanteilen bestimmt werden; und bei dem zur höchsten Korrelation gehörenden Abstand die Einstellungen des linienseitigen taktilen Rauheitsmessverfahrens als optimal betrachtet werden.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung ausführlicher erläutert. In der Zeichnung zeigen
• - 1A eine mit einem konfokalen Mikroskop gefertigte topographische Draufsicht von einem Teil der Lauffläche einer Zylinderbohrung;
• - 1 B eine REM-artige (rasterelektronenmikroskopische) Abbildung der in 1A dargestellten Lauffläche;
• - 1C das Porenbild des in einer gegebenen Tiefe geschnittenen Profils der geprüften Fläche;
• - 1D das Prinzip des linienseitigen Rauheitsmessverfahrens gemäß der Norm ISO 4287;
• - 2a den Längsschnitt eines Zylinderblocks, der die Geometrie der taktilen linienseitigen Messung und der optischen Oberflächenmessung darstellt;
• - 2b schematisch das Verhältnis der linienseitigen und der flächenbezogenen Rauheitsmessung;
• - 3 das schematische Prinzip der einen Teil des erfindungsgemäßen Messverfahrens bildenden taktilen linienseitigen Messung;
• - 4 das die wichtigsten Schritte der einen Teil des erfindungsgemäßen Messverfahrens bildenden taktilen linienseitigen Messung darstellende Flussdiagramm;
• - 5 das die wichtigsten Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellende Flussdiagramm;
• - 6 und 7 die während des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltene Korrelationswerte darstellenden Diagramme,
• - 8 die während des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen Korrelationswerte in einem Säulendiagramm und in Form einer Tabelle im Falle einer Fläche von 1,4x0,4 mm, bzw. 12,5x4 mm; und
• - 9 das die während des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen Korrelationswerte darstellende Diagramm bei verschiedenen Mittelbildungen.
• Das erfindungsgemäße, auf einer linienseitigen taktilen Messung beruhende Messverfahren zur Ermittlung des Porenflächenanteils wird anhand einer auf der Lauffläche der Zylinderbohrung eines Verbrennungsmotors durchgeführten Messung erläutert. Für einen Fachmann ist es jedoch offensichtlich, dass das erfindungsgemäße Messverfahren nicht nur zur Qualitätskontrolle der Lauffläche von Zylinderbohrungen, sondern auch von bearbeiteten Oberflächen anderer Erzeugnisse geeignet ist.
• In 2a ist der Längsschnitt der Zylinderbohrung 22 eines Verbrennungsmotorblocks 20 zu sehen, wobei an der inneren Lauffläche der Zylinderbohrung 22 eine Messlinie 24 markiert wird. Die Messlinie 24 wird als eine zur Längsachse der Zylinderbohrung 22 parallele Messlinie am Zylindermantel definiert. Auch mehrere Messlinien 24 können in mehreren Segmenten definiert werden. Entlang der Messlinie 24 werden wenigstens eine, zweckmäßigerweise mehrere Messstrecken 26 definiert, von denen jede einen Anfangspunkt 27a und einen Endpunkt 27b aufweist.
• Das Prinzip des einen Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens bildenden linienseitigen Messverfahrens wird mit Hilfe der 3 erläutert. Die wichtigsten Schritte des linienseitigen Messverfahrens sind im Flussdiagramm in 4 dargestellt.
• Im ersten Schritt 400 des Verfahrens wird durch taktile Rauheitsmessung auf einer vorbestimmten Auswertungsstrecke Lr das linienseitige Rauheitsprofil R einer ausgewählten Fläche der bearbeiteten Oberfläche ermittelt.
• Im Schritt 410 wird zum Rauheitsprofil R eine Referenzlinie (Basislinie) C_ref definiert, wonach die die höchste Spitze des gefilterten Rauheitsprofils R berührende Gerade parallel zur horizontalen Achse X des das Rauheitsprofil darstellenden Diagramms parallel zum in Materialrichtung (in Materialprozent oder absolutem Wert) angegebenen (minimalen) Wert - gegebenenfalls in mehreren Stufen - verschoben wird, und somit wird die neue Bezugslinie C₀ erhalten. Diese Verschiebung ist deshalb notwendig, weil sich die einzeln vorstehenden Spitzen in der Praxis sehr schnell abnutzen, so dass sie keine Bedeutung haben, aber die Auswertung ungünstig beeinflussen würden. Wenn man praktisch herangehen will, bevorzugt man deshalb eine Bezugslinie, die sich unterhalb der höchsten Spitzen befindet, und diese wird die neue Bezugslinie.
• Danach wird im Schritt 420 eine zur neuen Bezugslinie C₀ parallele Schnittlinie C₁ ausgewählt, die das Rauheitsprofil R von der neuen Bezugslinie C₀ in Richtung des Materials in einem Abstand c schneidet. Im nachstehenden Schritt 430 werden die Schnittpunkte des Rauheitsprofil R und der Schnittlinie C₁ ermittelt.
• Im Schritt 440 wird im Rauheitsprofil R entlang der Schnittlinie C₁ das Verhältnis der die Abstände MI1, MI2 ... zwischen den die krummen Täler begrenzenden Schnittpunkten und schließlich im Schritt 450 die Summe der erwähnten Abstände MI1, MI2,... und der gesamten Auswertungsstrecke Lr bestimmt. Dieses Verhältnis wird als Porenflächenanteil Pfa definiert, wobei der linienseitige Pfa = [(M1+M2+...Mln)/lr] x 100% ist.
• Bei einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Messverfahrens wird im Falle einer gegebenen Fläche das obenerwähnte taktile Rauheitsmessverfahren entlang von mehreren Messlinien 24 oder in mehreren verschiedenen Segmenten (z.B. im 0; 180; 270 Grad) der zylinderförmigen Lauffläche 22, segmentweise in gleicher Tiefe oder in mehreren verschiedenen Tiefen durchgeführt.
• Bei einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Messverfahrens wird das Niveau der Schnittlinie C₁ im Laufe der Auswertung in mehreren Schritten geändert, wobei die Annäherung in den einzelnen Schritten der von der Basislinie C₀ gemessene Abstand c der Schnittlinie C₁ in mehreren Schritten, in Zwischenschritten Δc erfolgt, z. B. in Richtung der bearbeiteten Oberfläche in Zwischenschritten von je Δc = 0,5 µm. In den einzelnen Schritten wird mit Hilfe der aufgrund des Rauheitsprofils R hergestellten Abbott-Kurve (z. B. der in 1 D dargestellten Kurve G) der zur aktuellen Schnittlinie C₁ gehörende Porenflächenanteil Pfa errechnet. In dieser Weise erhalten wir eine der Anzahl der Schritte entsprechende Anzahl von Porenflächenanteilwerten für jede einzelne Messstrecke 26. Diese einzeln oder nach einer beliebigen Logik gemittelten Werte werden dann mit den einzelnen oder nach einer beliebigen Logik gemittelten, gemessenen Werten der optischen Messung (auf Oberflächenbasis) korreliert.
• Bei einer besonders vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Messverfahrens besteht das primäre Ziel des Verfahrens während des Auswerteverfahrens der taktilen Messung in der Erreichung einer ziemlich hohen Korrelation mit dem durch das optische Messverfahren ermittelten Pfa Wert. Das sekundäre Ziel besteht in der Fällung einer qualitativen Entscheidung durch die Übernahme für das optische Verfahren vorbestimmten Toleranzfeldes oder die Bestimmung eines nahezu gleichen Toleranzfeldes. Wenn der gemessene Wert einen Wert innerhalb des vorgegebenen Toleranzfeldes zeigt, entspricht das Werkstück den Vorschriften, wenn der Wert aber außerhalb dieses Toleranzfeldes liegt, dann kann das nicht akzeptiert werden. Es ist zweckmäßig, das Ergebnis der taktilen Messung in bestimmten Zeitintervallen stichprobenartig mit dem während des genaueren optischen Verfahrens erhaltenen Ergebnis zu vergleichen, unabhängig davon, ob das Ergebnis der taktilen Messung innerhalb oder außerhalb des sie betreffenden Toleranzfeld liegt, anders gesagt, ob das Werkstück in Ordnung ist oder nicht.
• Die Korrelation miteinander kann an einer oder an mehreren Stellen geprüft werden, zum Beispiel an jeder einzelnen definierten Stelle.
• In bestimmten Fällen können die Mittelwerte der in einer gegebenen Höhe durchgeführten Messungen von verschiedenen Segmenten geprüft werden, wobei eine Korrelierung der Höhenzonen erfolgt.
• Es besteht auch die Möglichkeit, in gegebenen Segmenten die Mittelwerte der in zu diesem Segment gehörenden verschiedenen Tiefen gemessenen Werte miteinander zu vergleichen, dabei erfolgt segmentweise eine Korrelierung der Messstellen.
• Schließlich ist es auch möglich, alle Messstellen je Zylinderbohrung zu mitteln.
• Der Vorteil der obigen Ausführungsform besteht darin, dass die Qualitätskontrolle der Oberfläche in zwei Schritte aufgeteilt wird, nämlich in eine einfach, schnell und mit niedrigen Kosten durchführbare mechanische (sogenannte taktile) Prüfung, die im Messraum der Fertigungsstraße ohne besonderen Aufwand verwirklicht werden kann, und notwendigenfalls in eine weitere, langsamere und kostspieligere, aber genauere optische Prüfung. Diese zweistufige Prüfmethode ist dann effektiv, wenn das Ergebnis der erfindungsgemäßen linienseitigen taktilen Messung in hohem Maße mit dem Ergebnis der optischen Messung korreliert. So muss man auf die optische (flächenbezogene) Messung nur in gegebenen Zeitintervallen zurückgreifen, oder wenn die zur linienseitigen taktilen Messung definierte Toleranzfeldgrenze vom als Ergebnis erhaltenen linienseitigen Porenflächenanteil Pfa überschritten wird und man sich vergewissern will, dass das Ergebnis der taktilen Messung tatsächlich realistisch ist.
• Zu den durch die beiden (optischen und taktilen) Verfahren bestimmten Messwerten gehört eine Toleranzgrenze. Es ist zweckmäßig, diese als gleich anzunehmen, aber bei der taktilen Messung kann man davon durch Angabe eines niedrigeren Grenzwertes wegen des Messverfahrens bzw. der Korrelierung auch abweichen.
• Die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Messverfahrens wird grundsätzlich dadurch bestimmt, wo sich beim in 3 abgebildeten flächenbezogenen Profil R die Schnittlinie C₁ befindet. Je näher nämlich die Schnittlinie C₁ der Lauffläche (also der Referenzlinie C_ref bzw. der neuen Bezugslinie C₀) ist, desto größer ist der Porenflächenanteil.
• Das optimale Niveau der Schnittlinie C₁ wird mit einem solchen Optimalisierungsverfahren erreicht, während dessen für einen gegebenen Erzeugnistyp dasjenige Niveau der Schnittlinie C₁ bestimmt wird, bei welchem die Korrelation zwischen den durch die linienseitige taktile Messung ermittelten Porenflächenanteilwerten Pfa und den diesen entsprechenden, durch ein optisches Verfahren bestimmten Porenflächenanteilwerten Pfa maximal ist. Die wichtigsten Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens sind am in 5 ersichtlichen Flussdiagramm dargestellt. Bei der Erläuterung des Verfahrens wird auf die Schnittansicht der in 2a gezeigten Zylinderbohrung, auf die erläuternde Darstellung in 2b und auf das in 2 gezeigten Rauheitsprofil R Bezug genommen.
• Im ersten Schritt 500 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf der geprüften Oberfläche, zum Beispiel auf der Lauffläche der Zylinderbohrung 22 entlang jeder einzelnen oder mehreren Messstrecken 26 zu der Schnittlinie C₁ auf verschiedenen Höhenniveaus der linienseitige Porenflächenanteil Pfa ermittelt, zum Beispiel durch das oben erläuterte erfindungsgemäße taktile linienseitige Messverfahren. Es ist zu bemerken, dass der linienseitige Porenflächenanteil Pfa nicht nur durch die erfindungsgemäße Methode, sondern auch durch das Verfahren gemäß der Norm ISO 4287 ermittelt werden kann, obwohl im letzteren Fall anstatt des während der Messung erhaltenen Materialanteils Rmr der den Porenflächenanteil angebende Wert Pfa = (1-Rmr) anzuwenden ist.
• Im nächsten Schritt 510 wird der flächenbezogene Porenflächenanteil Pfa der bearbeiteten Oberfläche, zum Beispiel der Lauffläche, auch durch ein optisches Messverfahren großer Genauigkeit ermittelt, wobei zum Beispiel mit einem konfokalen Mikroskop in mehreren Tiefen 2D-Schichtenaufnahmen von einer oder mehreren vorbestimmten Flächen 61 der Oberfläche gefertigt werden und aus diesen Aufnahmen mit einem an sich bekannten Bildverarbeitungsverfahren ein 3D-Bild hergestellt wird, danach unter Verwendung dieses 3D-Bildes der flächenbezogene Porenflächenanteil Pfa der geprüften Flächen 61 in einer gegebenen Tiefe ermittelt wird. Damit die Ergebnisse der beiden Messungen korreliert werden können, muss die Messlinie 24 der linienseitigen taktilen Messung die Flächen 61 der optischen Messung so durchqueren, dass die Flächen 61 die sich entlang der Messlinie(n) 24 befindlichen Messstrecken 26 vollständig abdecken.
• Es ist zu bemerken, dass die Schritte 500 und 510 voneinander unabhängig sind, deshalb ist ihre Reihenfolge hinsichtlich der Erfindung nicht wesentlich, sie können also auch vertauscht werden.
• Im nächsten Schritt 520 wird mit Hilfe einer Verarbeitungseinheit für jede ausgewählte Fläche 61 der bearbeiteten Oberfläche, zum Beispiel der Lauffläche der Zylinderbohrung 22, unter Verwendung einer gegebenen Schnittlinie C₁ die Korrelation r zwischen den im Schritt 500 erhaltenen linienseitigen Porenflächenanteilen Pfa und den im Schritt 510 erhaltenen flächenbezogenen Porenflächenanteilen Pfa.
• Der Schritt 520 wird mehrmals unter Verwendung der in verschiedenen Höhenlagen festgelegten Schnittlinien C₁ wiederholt, wobei der Abstand c zwischen der Schnittlinie C₁ und der neuen Bezugslinie C₀ mit vorbestimmten Zwischenschritten, in mehreren Schritten geändert wird.
• Schließlich wird im Schritt 530 des Verfahrens das taktile, linienseitige Messverfahren bei dem zu der die höchste Korrelation r ergebenden Schnittlinie C₁ gehörenden Abstand c (siehe 3) als das genaueste betrachtet, also in diesem Fall können die Einstellungen des linienseitigen, taktilen Rauheitsmessverfahrens als optimal betrachtet werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Qualitätsprüfung der bearbeiteten Oberfläche von Erzeugnissen effektiv und zuverlässig durchgeführt werden.
• Nachstehend wird das erfindungsgemäße Verfahren durch konkrete Ausführungsbeispiele mit Hilfe der 6 bis 9 vorgestellt.
• Beispiel 1:
• Beim ersten Test wurde je ein Flächenteil von zwei verschiedenen Zylinderbohrungen geprüft. Die taktile Messung und die optische Messung wurden an insgesamt sechs Messstellen durchgeführt. Der Anfangspunkt der Messung war bei beiden Messverfahren, an jeder Messstelle gleich. Bei der taktilen Messung wurden entlang von Messstrecken mit einer Länge von 12, 5 mm zu Schnittlinien C₁ mit verschiedenen Höhenniveaus gehörende Rauheitsprofile R festgelegt, aus welchen für jede Schnittlinie C₁ je ein Porenflächenanteil Pfa ermittelt wurde. Die optische Messung wurde an zwei Flächen 61 verschiedener Größe durchgeführt; die eine Fläche hatte eine Größe von 1,4 mm x 0,4 mm, wo eine 50-fache optische Vergrößerung angewendet wurde, während die andere Fläche eine Größe von 12,5 mm x 0,4 mm hatte, wo eine 20-fache optische Vergrößerung angewendet wurde. Die höchste Korrelation r zwischen den zweierlei Messungen ergab sich dann, als die Schnittlinie C₁ c = -1,7 µm unterhalb der Basislinie C₀ war. Die zu diesem Abstand c gehörenden Messergebnisse sind in den Diagrammen in 6 und 7 dargestellt. In 6 sind die Korrelationen zwischen den Porenflächenanteilen Pfa der optischen Messungen auf einer Fläche von 1,4 mm x 0,4 mm (Y-Achse) und der taktilen Messungen (X-Achse) zu sehen, während in 7 die Korrelationen zwischen den Porenflächenanteilen Pfa der optischen Messungen auf einer Fläche von 12,5 mm x 0,4 mm (Y-Achse) und der taktilen Messungen (X-Achse) zu sehen ist. Im Falle eines Abstandes c=-1,7 µm war der Wert der zu einer 20-fachen optischen Vergrößerung gehörenden Korrelation r=0,793, während der Wert der zu einer 50-fachen optischen Vergrößerung gehörenden Korrelation r=0,97 war, was im erfindungsgemäßen Messkontext eine außerordentlich starke Korrelation bedeutet.
• In 8 sind die Korrelationswerte r, die in zu einem gegebenen Messpunkt gehörenden verschiedenen Abständen c erhalten wurden, in Form einer Tabelle und eines Säulendiagramms zu sehen. Die zu der während der optischen Messung verwendeten 50-fachen optischen Vergrößerung gehörenden Werte befinden sich in der ersten Zeile der Tabelle und sie werden durch die linken Säulen dargestellt, während die zu der 20-fachen optischen Vergrößerung gehörenden Werte in der zweiten Zeile der Tabelle angegeben sind und durch die rechten Säulen dargestellt werden. Aus den Daten von 8 geht hervor, dass die höchste Korrelation zwischen den zweierlei Messungen bei einem Abstand c=-1,7 µm festgestellt werden konnte.
• Beispiel 2:
• Der zweite Test wich insofern vom ersten Test ab, dass insgesamt zehn Zylinderbohrungen an drei Messpunkten je Zylinder geprüft wurden, so dass insgesamt 30 Messungen durchgeführt wurden, sowohl mit der taktilen Methode als auch mit der optischen Methode. Der Wert der Korrelation zwischen den mit einer 20-fachen und einer 50-fachen optischen Vergrößerung durchgeführten Messungen betrug r=0,53. Die höchste Korrelation zwischen den zweierlei Messungen wurde bei einem auf einer 12,5 mm x 0,4 mm großen Fläche mit einer 20-fachen optischen Vergrößerung durchgeführten Test gemessen, wobei sich die Schnittlinie C1 in einem Abstand c=-2 µm unterhalb der Basislinie befand. Dabei betrug der Wert der Korrelation r=0,90, durch Mittelbildung von sechs Messwerten.
• 9 zeigt die Korrelation zwischen den optischen (flächenbezogenen) Messungen auf einer Fläche 61 von 12,5 mm x 0,4 mm mit einer 20-fachen optischen Vergrößerung und den entlang einer 12,5 mm langen Messstrecke 26 durchgeführten taktilen linienseitigen Messungen. Das Diagramm zeigt die Porenflächenanteile Pfa der einzelnen Messungen, die aus dem Mittelwert von drei Messungen gebildeten Porenflächenanteilwerte Pfa sowie die aus dem Mittelwert von sechs Messungen gebildeten Porenflächenanteilwerte Pfa. In der Figur wurde auch die aus den Messergebnissen berechnete Regressionsgerade eingezeichnet.
• In der nachstehenden Tabelle wurden die zu den verschiedenen Abständen c gehörenden Korrelationswerte auf einer Fläche von 12,5 mm x 0,4 mm bei einer 20-fachen und einer 50-fachen optischen Vergrößerung bzw. unter Verwendung der einzelnen Porenflächenanteilwerte Pfa sowie aus dem Mittelwert von drei und sechs Messungen berechneten Porenflächenanteilwerte Pfa zusammengefasst.

  
• Aus der Tabelle geht hervor, dass die höchste Korrelation (r=0,90) bei dem mit einer 20-fachen optischen Vergrößerung durchgeführten Test festgestellt werden konnte, als sich die Schnittlinie C₁ in einem Abstand c=-2 unterhalb der Basislinie C₀ befand.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 10315218 A1 [0002]
• DE 102008024811 A1 [0003]

Claims (6)

1. Verfahren zur Ermittlung des Porenflächenanteils einer bearbeiteten Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass - mit einem taktilen Rauheitsmessverfahren auf der bearbeiteten Oberfläche entlang wenigstens einer Messstrecke (26), für mehrere sich in verschiedenen Höhenniveaus befindliche Schnittlinien (C₁) der linienseitige Porenflächenanteil (Pfa) ermittelt wird (500); - auf wenigstens einer Fläche (61) der bearbeiteten Oberfläche mit einem optischen Messverfahren hoher Genauigkeit der flächenbezogene Porenflächenanteil (Pfa) ermittelt wird (510), wobei die bei der linienseitigen Messung geprüften Messstrecken (26) durch die bei der optischen Messung geprüften Flächen (61) vollständig oder zum größten Teil abgedeckt sind; - mit einer Verarbeitungseinheit die Korrelationen (r) zwischen dem durch das optische Messverfahren hoher Genauigkeit ermittelten flächenbezogenen Porenflächenanteil (Pfa) und den durch das taktile Rauheitsmessverfahren bei verschiedenen Abständen (c) der Schnittlinie (C₁) ermittelten linienseitigen Porenflächenanteilen (Pfa) bestimmt wird (520); und - bei dem zur höchsten Korrelation (r) gehörenden Abstand (c) die Einstellungen des linienseitigen taktilen Rauheitsmessverfahrens als optimal betrachtet werden (530).
2. Verfahren nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des linienseitigen Porenflächenanteils (Pfa) die folgenden Schritte umfasst: - durch taktile Rauheitsmessung wird entlang einer Messstrecke (26) mit einer vorbestimmten Auswertelänge (Lr) das linienseitige (gefilterte) Rauheitsprofil (R) bestimmt; - zum gefilterten Rauheitsprofil (R) wird eine Basislinie (Referenzlinie) (C_ref) definiert, parallel zur horizontalen Achse (X) des das Rauheitsprofil (R) darstellenden Diagramms wird die die höchste Spitze des gefilterten Rauheitsprofils (R) berührende Gerade parallel in Materialrichtung verschoben, wodurch eine neue Bezugslinie (C₀) erhalten wird; - eine zur neuen Bezugslinie (C₀) parallele Schnittlinie (C₁) wird ausgewählt, die das Rauheitsprofil (R) von der neuen Bezugslinie (C₀) in Richtung des Materials in einem gegebenen Abstand (c) schneidet; - die Schnittpunkte des Rauheitsprofils (R) und der Schnittlinie (C₁) werden bestimmt; - im Rauheitsprofil (R) entlang der Schnittlinie (C₁) bewegend werden die Abstände (MI1, MI2,...) zwischen den die Täler begrenzenden Schnittpunkten bestimmt; - der Quotient der Summe der erwähnten Abstände (MI1, MI2,...) und der gesamten Messlänge (Lr) wird bestimmt, was als linienseitiger Porenflächenanteil (Pfa) definiert wird, wobei Pfa = [(M1+M2+...MIn)/Ir] × 100% ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die neue Bezugslinie (C₀) mit dem Prozentwert der maximalen Profilhöhe oder einem vorbestimmten Abstand unterhalb des höchsten Spitzenniveaus (C_ref) des Rauheitsprofils (R) befindet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass - im Schritt (500) das Niveau der Schnittlinie in mehreren Schritten so verändert wird, dass in den einzelnen Schritten das Niveau der Schnittlinie (C₁) von der neuen Bezugslinie (C₀) beginnend durch gegebene Zwischenschritte (Δc) dem Material der Oberfläche angenähert wird, und - in jedem Schritt der zum von der Basislinie (C₀) gemessenen Abstand (c) der Schnittlinie (C₁) gehörende Porenflächenanteil (Pfa) berechnet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum linienseitigen Porenflächenanteil (Pfa) ein Toleranzfeld definiert wird und die Qualität der bearbeiteten Oberfläche als geeignet betrachtet wird, wenn der dazu gehörende linienseitige Porenflächenanteil (Pfa) in das erwähnte Toleranzfeld fällt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des optischen Messverfahrens mit einem konfokalen Mikroskop in mehreren verschiedenen Tiefen auf einer oder mehreren geprüften Flächen (61) der bearbeiteten Oberfläche 2D-Schichtenaufnahmen gefertigt werden, und für die einzelnen Flächen (61) der flächenbezogene Porenflächenanteil (Pfa) ermittelt wird.

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