Logo PTB
Symbolbild "Zeitschriften"

Diamantbeschichtete Taster

Gute Alternative zu Tastkugeln aus Volldiamant

PTB-News 2.2015
10.06.2015
Besonders interessant für

Hersteller und Anwender von Koordinatenmessgeräten, Formmessgeräten und Konturmessgeräten

In der PTB wurden die Eigenschaften von diamantbeschichteten Tastkugeln für die Anwendung mit Koordinatenmessgeräten (KMG) untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass mit ihrem Einsatz in Koordinaten-, Form- und auch Konturmessgeräten sowohl die Lebensdauer der Tastkugeln deutlich erhöht als auch die Unsicherheit der Messungen verringert werden können.

Taststifte mit einem Durchmesser von 8 mm bis 1 mm für KMG (links) und von 0,3 mm für Mikro-KMG

In der Koordinatenmesstechnik werden geometrische Messungen überwiegend mit taktiler Antastung, z. B. mit Rubinkugeln, durchgeführt. Mechanischer Verschleiß dieser Antastkugeln oder ein Materialauftrag auf die Tastkugel, z. B. bei der Messung von Aluminiumoberflächen, verringern die Genauigkeit der Messungen und die Einsatzdauer der Taststifte. Als Alternative zu teuren und relativ unrunden Tastkugeln aus Volldiamant wurden in der PTB die Eigenschaften von diamantbeschichteten Tastkugeln mit Durchmessern von 0,3 mm bis zu 8 mm untersucht.

Die Untersuchungen erfolgten im Rahmen eines Industrieprojektes der PTB mit der Firma Zeiss IMT. Die Taststifte werden bei der niederländischen Firma DiamondProductSolutions hergestellt. Sie bestehen aus einem Kugelsegment von ca. 240° und einem Schaft. Beide Elemente sind eine Einheit aus Hartmetall. Da es keine Klebestelle gibt, ist prinzipiell auch eine Reinigung mit aggressiven Lösungsmitteln möglich. Die Tastkugeln werden mit polykristallinem synthetischem Diamant beschichtet und anschließend poliert.

Im Vergleich zu ebenfalls untersuchten Kugeln aus Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Rubin, Hartmetall und Siliziumnitrid wiesen die Oberflächen der untersuchten diamantbeschichteten Kugeln mit Rauigkeiten im Bereich von 2 nm die glatteste Oberfläche auf. Die Formabweichungen lagen im Bereich von 200 nm bis unter 20 nm und sind damit vergleichbar oder kleiner als die von handelsüblichen Rubintastkugeln. Der Verschleiß wurde an einem speziellen Stahlring mit eingebetteten Schleifpartikeln bei Antastkräften von 20 mN getestet. Bei einer abgetasteten Strecke von insgesamt ca. 11 m Länge trat auf der diamantbeschichteten Oberfläche kein Verschleiß auf. Der Abschliff auf einer Rubintastkugel betrug dagegen ca. 1 µm. Beim Scannen von glatten Aluminiumoberflächen mit Rauigkeiten von kleiner als 5 nm war auf den diamantbeschichteten Tastkugeln kein Auftrag nachweisbar. Bei raueren Aluminiumoberflächen entstand je nach Antastkraft ein Materialauftrag von 5 µm – 15 µm. Auf Rubintastkugeln lag er dagegen bei einigen µm bis zu 40 µm.

Ansprechpartner

Michael Neugebauer
Fachbereich 5.3 Koordinatenmesstechnik
Telefon: (0531) 592-5212
E-Mail: michael.neugebauer(at)ptb.de

Wissenschaftliche Veröffentlichung

M. Neugebauer, S. Bütefisch, T. Dziom-ba, S. Koslowski, H. Reimann: High-resolution investigation and application of diamond coated probing spheres for CMM- and form measurement technique. Proceedings of the 13th international conference of euspen, 1, 75–78 (2013)