Quantifizierung der 3D-Form von texturierten Materialien

Materialien mit texturierter Oberfläche

Dies sind Materialien, die ein ungleichmäßiges, ansteigendes und abfallendes Muster auf der Oberfläche aufweisen, das dem Material verschiedene Funktionen verleiht. Es gibt verschiedene Arten, die nach Zweck und Funktion, Material und Größe, Unebenheiten, Form und Muster sowie der Verarbeitungs- oder Herstellungsmethode klassifiziert werden. Materialien mit einer texturierten Oberfläche werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter die Luft- und Raumfahrtindustrie, Industrieprodukte wie Automobile und Elektrogeräte, vertraute Waren des täglichen Bedarfs sowie medizinische und sanitäre Produkte.

Arten von texturierten Materialien

Eine Textur kann die Oberfläche des Materials vergrößern, indem sie ihr eine dreidimensionale Form verleiht. Die Vorteile dieser Formen werden genutzt, um eine breite Palette von Arten, Funktionen und Anwendungen zu schaffen. Einige typische Beispiele sind folgend aufgeführt.

• Wärmedämmplatte: Das Einfangen von warmer oder kalter Luft in der unebenen Form kann Temperaturunterschiede abmildern. Das Anbringen einer solchen Folie auf einem Dach oder an einem Fenster, das sich zwischen den unterschiedlichen Temperaturen im Außen- und Innenbereich befindet, verringert die Auswirkungen auf die Innentemperatur und reduziert die Kondensation.
• Wärmeabfuhrplatte: Die unebene Form der Platte fungiert als Kühlkörper. Solche Platten werden zur Wärmeabfuhr auf Komponenten wie Festplatten und Motherboards, Leistungstransistoren und Stromversorgungsbauteilen in kompakten elektronischen Systemen verwendet.
• Dämpfungsmaterial oder vibrationsdämpfendes Material: Dies sind Platten aus flexiblem oder elastischem Material wie Gummi oder Urethan mit unebenen Formen auf der Oberfläche, die Stöße oder Vibrationen absorbieren. Sie werden häufig eingesetzt, um den Geräuschpegel und den Innenraumkomfort von Autos zu verbessern.
• Wasserabsorbierende Stoffe: Diese Materialien nutzen die größere Gesamtfläche, die durch die unebene Oberfläche entsteht, um die Wasseraufnahmefähigkeit zu verbessern.

Materialien mit texturierter Oberfläche werden auch für eine breite Palette anderer Produkte verwendet, darunter Industrieprodukte, Waren des täglichen Bedarfs sowie medizinische und sanitäre Produkte. Unebene Formen können zu verschiedenen Zwecken hinzugefügt werden, z. B. um das Abwischen von Schmutz zu erleichtern, ein Ausrutschen zu verhindern, ein Verkleben zu vermeiden und ein attraktives Design zu schaffen.

Verarbeitung und Herstellung von texturierten Materialien

Auch die Herstellungsverfahren und Verarbeitungstechnologien für texturierte Materialien sind sehr unterschiedlich. Bei Textilien ist es möglich, die gewünschte Funktion hinzuzufügen, indem man den Abstand oder die Dicke der Fäden ändert. Bei Vliesstoffen, die im Spunbond- oder Spunlace-Verfahren hergestellt werden, oder bei Kunststoff- oder Papierfolien mit glatter Oberfläche können verschiedene unebene Formen und Funktionen durch Verfahren wie Prägen oder Entprägen, Musterbeschichtung oder Ätzen hinzugefügt werden.
Im folgenden Abschnitt werden die Mechanismen des Prägens und des Einsenkens erläutert, die unter diesen Methoden am weitesten verbreitet sind.

Prägen und Einsenken

Prägen und Einsenken sind Methoden zur Erzeugung einer unebenen Oberflächenform durch Pressen eines Blattes zwischen zwei Metall- oder Kunststoffplatten, von denen eine Vorsprünge und eine Vertiefung aufweist, oder durch Pressen eines Blattes mit Vorsprüngen von oben auf das Blatt.
Wenn die Formen, die durch das Pressen des Blattes zwischen Platten (Matrizen) von oben und unten entstehen, höher sind als die Materialoberfläche, wird der Prozess als Prägen bezeichnet. Wenn die Formen tiefer liegen als die Materialoberfläche, spricht man von Einsenken. Das Prägen durch einseitigen Druck auf die Materialoberfläche mit einer einzelnen Prägeplatte wird auch als Blindprägung bezeichnet. Der Mechanismus für jeden Prozess ist in den folgenden Abbildungen dargestellt.

Qualitätsmanagement für texturierte Materialien

Mit Ausnahme von Spezialprodukten müssen fast alle texturierten Materialien ein gleichmäßiges, unebenes Oberflächenmuster aufweisen. Wenn die Höhe und Tiefe der Unebenheiten nicht gleichmäßig über die gesamte Oberfläche des Blattes verteilt sind, kann die gewünschte Funktion oder das gewünschte Aussehen nicht erreicht werden und die Produkte können als fehlerhaft behandelt werden.
Im Falle einer feinen unebenen Oberfläche ist es nicht möglich, visuell zu beurteilen, ob die unebene Form gleichmäßig ist oder nicht. Auch wenn es bei Inline-Prüfungen möglich ist, die allgemeine Form, Kratzer, Biegungen, Falten und Fremdkörper auf dem Material zu erkennen, können die Höhe und die Tiefe feiner Unebenheiten nicht präzise gemessen werden.

Da der Produktzyklus bei Materialien mit hoher Funktionalität schnell ist, kommt es bei jedem Schritt von der Forschung und Entwicklung über die Prototypenerstellung und Bewertung bis hin zur Vermarktung auf Geschwindigkeit an. Wenn Sie in jeder dieser Phasen effiziente und präzise Auswertungen durchführen, wird sich die Geschwindigkeit deutlich erhöhen.

Texturierte Materialien – Schwierigkeiten bei der Messung

Unabhängig von der Herstellungs- oder Verarbeitungsmethode ist es äußerst wichtig, die unebene Oberflächenform von Materialien präzise zu messen, wenn es um die Bewertung von Produktleistung, Qualität und Prozessen geht. Bei der Messung mit handelsüblichen Profilmesssystemen und anderen taktilen Messgeräten treten jedoch folgende Herausforderungen auf:

Schwierigkeiten bei der Messung – Profilmessgerät

Ein Profilmesssystem oder Konturograph misst und erfasst das Profil eines Messobjekts, indem es dessen Oberfläche mit einem Taststift nachfährt.
In den letzten Jahren wurden Profilmesssysteme entwickelt, die mit einem Laser anstelle eines Taststifts komplexe Formen messen, indem sie das Profil berührungslos verfolgen. Einige Modelle sind sogar in der Lage, Messungen sowohl der Ober- als auch der Unterseite durchzuführen.

Bei der Messung und Bewertung von texturierten Materialien mit einem Profilmesssystem können folgende Herausforderungen auftreten:

• Da das Messobjekt durch Abtasten entlang von Linien gemessen wird, ist es schwierig, die Verformung über eine große Fläche zu messen und zu bewerten.
• Es ist nicht möglich, die unebene Form für die gesamte Messobjektoberfläche zu identifizieren.
• Wenn mehrere Messlinien gezogen werden, um eine möglichst große Fläche zu messen, wird viel Zeit benötigt, um die maximalen und minimalen Höhen und Tiefen zu erfassen. Außerdem sind die Messwerte aufgrund der Abweichung der Messlinien instabil.

Messlösungen

Handelsübliche taktile Messgeräte messen Formen nur anhand von Linien oder Punkten und können nicht die gesamte Form eines texturierten Materials erkennen. Außerdem ist es schwierig, für jede Oberflächenunregelmäßigkeit auf dem gesamten Messobjekt die Höchst- und Tiefstwerte zu ermitteln oder schnell quantitative Vergleiche anzustellen.

Um diese Messprobleme zu lösen, hat KEYENCE das 3D-Profilometer der Modellreihe VR entwickelt.
Die Modellreihe VR erfasst präzise die 3D-Form der gesamten Oberfläche, ohne das Messobjekt zu berühren. Darüber hinaus scannt das System die gesamte Form in einer Sekunde in 3D und ermöglicht so eine sofortige und quantitative Messung ohne Fehler in den Ergebnissen. In diesem Abschnitt werden einige Vorteile der Modellreihe VR vorgestellt.

Vorteil 1: 3D-Messungen in einer Sekunde

Die Modellreihe VR kann mit einer einzigen berührungslosen Messung in nur einer Sekunde Oberflächendaten eines dünnen, flexiblen Messobjekts erfassen. Die maximalen und minimalen Werte der unebenen Oberfläche (Höhe, Tiefe) in der erfassten 3D-Form können in einer Farbkarte angezeigt werden, um verformte Stellen auf dem gesamten Messobjekt zu visualisieren.

Zudem können mehrere Profillinien an den gewünschten Stellen in den gescannten Daten durch einfache und intuitive Vorgänge gezeichnet werden. Da auch eine präzise Profilmessung möglich ist, können detaillierte Daten der verformten Teile sofort erfasst werden.
Sogar nach der Messung kann die Profilmessung verschiedener Teile mit Hilfe früherer großflächiger 3D-Scandaten durchgeführt werden, ohne dass das Messobjekt erneut eingestellt und gescannt werden muss.

Durch die Verwendung der Messdaten mehrerer Materialien, auf die unterschiedliche Verarbeitungsbedingungen angewendet wurden, ist es außerdem möglich, Formen zu vergleichen und die gewünschten Bedingungen auf mehrere Datensätze gleichzeitig anzuwenden.
Neben einer präzisen Messung und Auswertung führt dies zu einer erheblichen Reduzierung des Zeitaufwands und einer verbesserten Arbeitseffizienz.

• Broschüre herunterladen
• Kontakt/Anfragen

Vorteil 2: Die Bedienung ist einfach und die Messung kann auch von ungeübten Anwendern durchgeführt werden, ohne dass es zu Abweichungen bei den Messwerten kommt

Die Messung von 3D-Formen kann ganz einfach durchgeführt werden, indem Sie das Messobjekt auf den Objekttisch legen und die Aufnahme starten.
Durch Umschalten zwischen den Kameras mit geringer und starker Vergrößerung kann die präzise Messung aller Formdetails und der Oberflächenrauheit mit einem einzigen System durchgeführt werden, selbst bei Materialien mit feinen, unebenen Oberflächen.

Da eine automatische Positionskorrektur anhand von Messobjektdaten möglich ist, ist eine präzise Nivellierung oder Positionierung nicht erforderlich. Diese Modellreihe umfasst auch die neue „Smart Measurement“-Funktion, die den Messbereich automatisch konfiguriert und den Objekttisch entsprechend der Größe des Messobjekts bewegt. Damit entfällt die Arbeit, die bislang für die Einstellung der Messlänge und des Z-Bereichs erforderlich war.

Mit Hilfe von Hilfswerkzeugen kann die Oberflächenform automatisch extrahiert werden, um sicherzustellen, dass die Messungen unabhängig vom Anwender an der gleichen Stelle vorgenommen werden. So können Sie die Anzahl der Proben problemlos erhöhen oder Trendanalysen für Messungen und Prüfungen während der Massenproduktion sowie für Forschung und Entwicklung, Tests und Bewertungen durchführen.

• Broschüre herunterladen
• Kontakt/Anfragen

Zusammenfassung: Effiziente Messung von texturierten Materialien

Die Modellreihe VR kann 3D-Messobjekte schnell und einfach Oberflächendaten erfassen. Neben der Messung der 3D-Abmessungen des Blattes ermöglicht das System die schnelle Durchführung von Arbeiten, die zuvor schwierig waren, wie z. B. die Messung von niedrigen Höhen und unebenen Formen sowie den Vergleich mehrerer Datensätze.
Die Verwendung der Modellreihe VR bietet folgende Vorteile:

• Berührungsloses, schnelles Scannen.
• Höhenunterschiede über das gesamte Messobjekt können farblich visualisiert werden.
• Mehrere Messdatensätze können gleichzeitig gemessen werden.
• Sobald ein Scan abgeschlossen ist, können Sie jederzeit eine Profilmessung einer beliebigen Stelle und einen Vergleich mehrerer Datensätze aus früheren Messungen durchführen.
• Es sind weder Positionierung noch andere Vorbereitungen erforderlich. Anwender können einfach das Messobjekt auf den Objekttisch platzieren und die Aufnahme per Klick starten. Damit muss für die Messung kein Fachpersonal mehr herangezogen werden.
• Da 3D-Formen mit hoher Geschwindigkeit und Präzision gemessen werden können, ist die Messung einer großen Anzahl von Proben in kurzer Zeit möglich. Dies ist nützlich für Qualitätsverbesserungen.
• Die einfache Bedienung und die automatische Steuerung verhindern die durch menschliche Faktoren bedingten Abweichungen und ermöglichen so eine zuverlässige quantitative Messung.

Dieses System ermöglicht Vergleiche mit CAD-Daten und eine einfache Datenanalyse, wie z. B. die Verteilung innerhalb der Toleranzen. Neben Forschung und Entwicklung, Design und Tests kann es in einer Vielzahl von Situationen an Arbeitsplätzen bei der Verarbeitung von Platten oder Folien effektiv eingesetzt werden, z. B. bei Stichprobenprüfungen nach Beginn der Massenproduktion und bei der Ursachenanalyse, wenn Fehler auftreten.

• Broschüre herunterladen
• Kontakt/Anfragen