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Qualitätssicherung

Qualitätssicherung Lebenswichtige Kontakte garantieren Das Weißlicht-Interferenz-Mikroskop Zegage misst die Oberflächenqualität der Kontaktierungselemente von Blutgerinnungsmessgeräten Bild 1: Das 3D-Weißlicht-Interferenz-Mikroskop Typ Zegage des Messgeräteherstellers Ametek Germany GmbH BU Zygo. Blutgerinnungsmessgeräte haben eine Kontaktleiste, die mit ihren Einzelkontakten die Verbindung zwischen Teststreifen und Gerät herstellt und somit für die richtige Funktion dieser Geräte sehr wichtig ist. Die Kontaktierung zwischen Teststreifen und Kontaktleiste erfolgt über veredelte Stanzkontakte, deren Oberflächenrauheit einen entscheidenden Einfluss auf die Messergebnisse der Geräte hat. Die wesentlichen messtechnischen Herausforderungen bei der Oberflächenprüfung dieser Kleinteile liegen darin, dass die Messbereiche sehr klein sind und die Messungen einfach und schnell während der Produktion durchführbar und wiederholbar sein müssen. Für diese Aufgabe setzt ein namhafter Steckelemente-Hersteller seit kurzem ein 3D-Weißlicht-Interferenz-Mikroskop Typ Zegage ein. Lebenswichtige Kleinteile Die Funktion vieler Organe des menschlichen Körpers hängt vom Blut ab. Eine der Autor: Konrad Dengler ist Dipl.-Ing. für Werkstoffwissenschaften wichtigsten Eigenschaft des Blutes ist die Blutgerinnung. Sie schützt den Menschen bei einer Verletzung vor Verblutung und verhindert gleichzeitig, dass durch die Wunde Krankheitskeime in den Körper gelangen. Eine beeinträchtigte Blutgerinnung kann Komplikationen bis hin zum Tod zur Folge haben. Für die Betroffenen ist es daher lebenswichtig, gut über die Gerinnungseigenschaften ihres Blutes informiert zu sein, um dementsprechend die Medikation einstellen zu können. Dabei helfen amperometrische Blutgerinnungsmessgeräte: Sie analysieren einen Bluttropfen, der zuvor einer Fingerkuppe entnommen und auf einen Teststreifen aufgetragen wurde. Die Aussagefähigkeit der elektrochemischen Messung hängt unter anderem von elektrischen Kontaktleisten ab, die in den Testgeräten eingebaut sind und als Kontaktierungselement die elektrische Verbindung zur Messelektronik herstellen. Die Teile müssen eine ganz bestimmte Oberflächen-Rauheit haben, die zuverlässig und wirtschaftlich geprüft und dokumentiert werden muss. Eine der messtechnischen Herausforderung besteht darin, dass die Prüffläche extrem klein ist. Außerdem müssen Wiederholbarkeit und Rückführbarkeit der Messungen garantiert sein. Zur Lösung dieser Messaufgabe verwendet die Firma ODU Steckverbindungssysteme seit einiger Zeit ein 3D-Weißlicht- Interferenz-Mikroskop von Ametek Germany GmbH BU Zygo (Bild 1). Minimale Prüflänge Ausgangsmaterial der erwähnten Steckelemente ist ein 0,2 mm dickes Messingband. Beim Durchlauf durch einen Hochleistungs- Stanzbiege-Automaten mit Mehrstufenwerkzeug werden daraus Segmente mit je neun Kontaktelementen gefertigt. Das Werkzeug ist so gestaltet, dass die Elemente außer der verlangten geometrischen Form auch eine ganz bestimmte Oberflächen-Rauheit erhalten. Jedes Fertigungslos umfasst 20.000 bis 100.000 Teile. „Wir setzen das System ein, um die Oberflächenstruktur der Kontaktelemente prozessbegleitend zu prüfen“, erklärt Stefan Wichterey, der Qualitätsmanagement-Leiter von ODU. „Das Messgerät bietet den großen Vorteil, dass der Facharbeiter direkt während des Fertigungsprozesses die Oberflächenqualität der Teile bestimmen kann.“ Dabei werden stichprobenartig in einem Arbeitsgang der arithmetische Mittenrauwert Ra, der 0,4 µm bei einer Toleranz von ±0,1 µm betragen muss, und die gemittelte Rautiefe Rz gemessen und dokumentiert. „Ein weiterer Grund“, so Stefan Wichterey, „warum wir uns für das System entschieden haben, war, dass die Messung innerhalb einer sehr kleinen Fläche, die zusätzlich durch die Prägekontur noch gewölbt ist, erfolgen muss. Die Prüflänge des Linien- und Flächen-Ra-Wertes beträgt beispielsweise nur 0,3 bis 0,4 mm. Mit anderen mechanischen Messgeräten ist es uns nur unzureichend gelungen, die Ra- Werte sicher zu bestimmen. Und nicht zuletzt sprach für dieses Gerät, dass der Abnehmer der Kontaktelemente, ein namhafter Hersteller von Blutgerinnungsmessgeräten, für die Eingangsprüfung unserer Teile ein Gerät aus derselben Serie und damit auch dieselbe Messtechnik einsetzt.“ Prüfung am Stanzautomaten Das System lässt sich unabhängig vom handwerklichen Geschick des Bedieners einfach handhaben und hat bei ODU seinen Platz direkt in der Fertigung, so dass der Maschinenbediener beim Einrichten der Maschine und während der Produktion die 28 meditronic-journal 1/2016

Bild 2 oben: Bildschirmdarstellungen der gemessenen Oberflächenparameter Bild 2 unten: High-tech-Stanzteile von ODU Prüfungen selbst durchführen kann. Dazu setzt er das jeweils zu prüfende Teil auf die Teileaufnahme und stellt das Messgerät wie ein „normales“ Mikroskop manuell ein. Praktisch unmittelbar nachdem die elektronische Messung erfolgt ist, sind die gemessenen Werte auf einem Bildschirm digital, tabellarisch und graphisch sowie topografische 2Dund 3D-Farbdarstellungen des gemessenen Probenbereichs zu sehen (Bild 2 oben). Auf einen Blick erkennt der Maschinenbediener, ob die Werte innerhalb der vorgegebenen Toleranzen liegen, und kann, falls nötig, korrigierend in den Produktionsprozess eingreifen, um kostspieligen Ausschuss zu vermeiden. Eine weitere Stärke des Messgerätes ist die im Vergleich zu anderen optischen Messgeräten sehr gute Wiederholbarkeit und Rückführbarkeit der Messungen. Das System lässt sich flexibel einsetzen und wird bei ODU auch für andere Messaufgaben genutzt, wie Stefan Wichterey hervorhebt: „Wir setzen das System selbstverständlich auch für andere Aufgaben ein und prüfen damit beispielsweise Drehteile, die für unterschiedliche High-tech- Anwendungen unter anderem in der Automobilindustrie vorgesehen sind“ (Bild 2 unten). Die ZeGage und die NewView-Reihe Die berührungslos wirkende Weißlicht-Interferometrie eignet sich sehr gut für prozessbegleitende Oberflächenprüfungen und wird seit mehr als 30 Jahren erfolgreich in der Industrie eingesetzt. Das Messgerät NewView, ein scannendes Weißlicht-Interferenz-Mikroskop, arbeitet mit gefiltertem Weißlicht. Während der Messung wird das Objektiv in der Höhe (Z-Richtung) um eine vorher festgelegte Weglänge verfahren, wobei der Interferenzfokus vertikal über die Oberfläche wandert. Das von der Objektoberfläche reflektierte Licht interferiert mit dem Licht einer Referenzfläche. Die vertikale Auflösung beträgt 0,1 nm. Das NewView erfasst polierte oder raue Oberflächen sowie Strukturen mit einer Rautiefe von bis zu 150 µm und arbeitet berührungslos mit kurzen Messzeiten durch Scan- Raten von bis zu 30 µm/s. Die erfassten Daten werden von der unter Windows 7 arbeitenden Analyse-Software MX von Ametek Germany GmbH BU Zygo ausgewertet, wobei ein von Ametek Germany GmbH BU Zygo patentierter Auswerte-Algorithmus zum Einsatz kommt. Die Rauheit und andere Oberflächenparameter wie Form, Volumen, Stufenhöhe und Welligkeit können tabellarisch dokumentiert, statistisch ausgewertet und in farbigen 2D- und 3D-Darstellungen angezeigt werden. Das ZeGage ist das neue Einstiegsmodell, dessen Messleistung dem mit komplexeren Funktionen ausgestatteten, modular aufgebauten und baukastenartig erweiterbaren Modell NewView in keiner Weise nachsteht. „Durch den Einsatz der NewView-Geräte kann die Produktions- und Produktqualität garantiert werden. Außerdem machen sie sich durch ihre vorteilhaften Eigenschaften in einer schnellen Amortisierung und einer dauerhaft guten Wirtschaftlichkeit bezahlt. Das System ist das erste Messgerät von Ametek Germany GmbH BU Zygo, das ODU einsetzt, und hat bislang die Erwartungen voll erfüllt,“ so Stefan Wichterey. Ametek Germany GmbH BU Zygo GmbH www.zygolot.de meditronic-journal 1/2016 29