Ziel der Entwicklung
Die Zielstellung dieses Projekts bestand in der Entwicklung von 3-D-Bildaufnahme- und Auswerteverfahren zur messtechnischen Charakterisierung von Oberflächen an metall-, kunstharz- und keramikgebundenen mehrschichtigen Schleifwerkzeugen und der Realisierung eines Prototypen unter Nutzung der Eigenschaft von Objektiven, welche bei hoher Vergrößerung eine geringe Schärfentiefe besitzen. Das darauf basierende Prinzip für die Gewinnung von 3-D-Informationen ist im deutschsprachigen Raum unter dem Begriff "Fokusvariation" bekannt.
Mehrschichtige Schleifwerkzeuge haben im Gegensatz zu einschichtigen Werkzeugen in unterschiedlichen Ebenen innerhalb des Bindungsmaterials Schleifkörner. Diese werden durch zu wiederholende Abrichtprozesse (Schärfeprozesse) jeweils freigesetzt. Einschichtige Schleifwerkzeuge werden hingegen nicht abgerichtet.
Der Anspruch für die Entwicklung der 3-D-Auswerteverfahren bestand nun darin, dass die Oberfläche von verschiedenartig gebundenen Schleifwerkzeugen (Metall, Keramik, Kunstharz) in unterschiedlichen Bearbeitungszuständen mittels relevanter Merkmale beziehungsweise Kenngrößen objektiv charakterisiert oder bewertet werden kann. Unterschiedliche Bearbeitungszustände bedeuten, dass mehrschichtige Schleifwerkzeuge im Neuzustand, nach dem Abrichten (Schärfen) und nach dem Einsatz bzw. nach einer bestimmten Einsatzzeit vorliegen können. Die Charakterisierung des Verschleißzustandes er-folgte insbesondere durch die folgenden neuartigen und im Projekt entwickelten Parameter:
1. Statistische Verteilung von Kenngrößen der Körner (Durchmesser, Kornbindungsüberstand, Anzahl pro Flächeneinheit)
2. Statistische Verteilung von Kenngrößen der Löcher (Durchmesser, Tiefe, Anzahl pro Flächeneinheit)
3. Flächentexturparameter nach DIN EN ISO 25178
4. Geometrische Kenngrößen von Riefen (Länge, Tiefe)
Dadurch ist es möglich, der konkreten Forderung von Schleifmittelherstellern und Anwendern nach objektiven Bewertungsgrößen für den Zustand eines mehrschichtigen Schleifwerkzeugs Rechnung zu tragen.
Vorteile und Lösungen
Im Rahmen des Projektes wurde eine segmentweise ansteuerbare adaptive Lichtquelle in Form eines Ringlichtes entwickelt. Damit ist es möglich, die komplizierten und durch partiell stark variable Reflexionseigenschaften gekennzeichneten Schleifoberflächen kontrastreich abzubilden und nach der Methode der Fokusvariation die Tiefeninformation zu bestimmen. Hierzu wurde eine Strategie erarbeitet, nach der die Oberfläche jeweils aus einer von vier Richtungen (Nord, Süd, West, Ost) beleuchtet wird und daraus ein 3-D-Datensatz erzeugt wird. Im Anschluss werden diese vier Datensätze in einen zusammengefasst, was die Anzahl der Fehlstellen durchschnittlich um zehn Prozent reduziert. Mit dieser Strategie können mehr als 95 Prozent gültige Messpunkte für alle gängigen Schleifbelags- und Bindungstypen erzielt werden.
Durch Anwendung des dargestellten Beleuchtungsschemas und der Detektion des maximalen Kontrastes eines jeden Bildpunktes im Z-Stapel auf Basis des Laplace-Filters (Fokusvariation) ist die Erzeugung eines dichten 3-D-Datensatzes der Schleifoberfläche mit weniger als fünf Prozent Fehlstellen bei Metall- und Kunstharzbindungen gegeben. Keramische Bindungen führen aufgrund ihrer Oberflächenspezifika mit teilweise geringer Texturierung zu höheren Fehlerraten von bis zu zehn Prozent.
Auf Basis von Bearbeitungsversuchen, welche unterschiedliche Verschleißzustände an repräsentativen mehrlagigen Schleifwerkzeugen herbeiführten, wurden folgende Merkmale herausgearbeitet, welche besonders stark mit dem Verschleißzustand korrelieren:
1. Anstieg der Traglastflächenkurve (Abbott-Kurve) der Schleifoberfläche
2. Streubreite des Histogramms der Höhenwerte der Schleifoberfläche
3. Lage des Maximums des Histogramms der Höhenwerte der Schleifoberfläche
4. Kornbindungsüberstand- und Kornspitzenverteilung.
Zielgruppe und Zielmarkt
Das Gerät kann sowohl als Komplettsystem als auch in Form von Erweiterungen zu bestehenden Messgeräten genutzt werden.
Die Produzenten von Schleifwerkzeugen und Anwender von Schleifmaschinen werden als die Hauptzielgruppe für das neuartige Verfahren gesehen. Weiterhin sind die FuE- und Qualitätssicherungsabteilungen der Schleifmittelhersteller als Anwender zu sehen.
Der Einsatz der Verfahren erfolgt im Messgerät OMG3, welches durch die GFE angeboten wird.
