Messmikroskop: Aufbau, Anwendungen, Auswahl

Aufbau eines Messmikroskops

Ein Messmikroskop besteht aus vier Baugruppen. Das Stativ trägt die Optik und hält sie stabil über dem Werkstück. Der Kreuztisch verfährt das Teil in X und Y; seine Wege werden über Maßstäbe erfasst und digital angezeigt. Die Z-Achse stellt scharf und dient bei vielen Geräten zugleich als Messachse für Höhen. Und die Optik – Objektive, Okular oder Kamera – bildet das Merkmal vergrößert ab, meist mit einem Fadenkreuz oder einer Software als Bezug.

Gemessen wird, indem der Bediener eine Kante ins Fadenkreuz fährt, den Wert übernimmt und zur nächsten Kante fährt. Die Messsoftware berechnet daraus Geometrieelemente wie Punkt, Gerade, Kreis oder Winkel. Bei Geräten mit Kamera kann sie Kanten im Bild auch automatisch erkennen.

Nikon setzt in der MM-Serie das CFI60-Optiksystem mit langem Arbeitsabstand ein. Das Nikon MM-400 und das größere MM-800 – aktuell als MM-400N und MM-800N geführt – sind mit Objektiven von 1x bis 100x lieferbar, mit manueller oder motorisierter Z-Achse. Je nach Ausführung gibt es einen monokularen oder trinokularen Kopf, bei den Universal-Ausführungen auch einen Binokulartubus; über den Trinokularanschluss lässt sich eine Kamera für die Bildauswertung anschließen.

Messmikroskop, Stereomikroskop und Profilprojektor

Ein Stereomikroskop arbeitet mit zwei getrennten Strahlengängen, einem für jedes Auge. Das Ergebnis ist ein räumlicher Bildeindruck bei moderater Vergrößerung und großem Arbeitsabstand – ideal zum Sichtprüfen, Sortieren, Montieren und Dokumentieren. Das Nikon SMZ745T etwa hat einen Zoombereich von 0,67x bis 5x und 115 mm Arbeitsdistanz. Kalibrierte Messachsen hat ein Stereomikroskop in der Regel nicht; für rückführbare Längenmessungen ist es deshalb nicht ausgelegt. Für diese Geräte bietet Kneissl Messtechnik die Stereomikroskop-Reinigung vor Ort an.

Ein Profilprojektor bildet die Kontur eines Werkstücks auf einem großen Schirm ab. Er zeigt das ganze Teil auf einen Blick und eignet sich besonders für Außenkonturen im Durchlicht. Das Messmikroskop dagegen arbeitet direkt am Objekt über Okular oder Kamera, erreicht höhere Vergrößerungen und erfasst mit der Z-Achse auch Höhen. Es ist damit die Wahl für kleinste Merkmale, Oberflächendetails und 2,5D-Aufgaben. Wie Profilprojektoren arbeiten und wann sie die bessere Wahl sind, erklärt der Ratgeber Profilprojektor.

Verfahrweg, Vergrößerung und Beleuchtung

Der Verfahrweg des Kreuztisches bestimmt, wie groß die Fläche ist, die sich in einer Aufspannung vermessen lässt. Das kompakte Nikon MM-200 ist für kleine Werkstücke ausgelegt; Nikon nennt einen Verfahrweg von 50 × 50 × 110 mm in XYZ. Das MM-400 gibt es mit Kreuztischen von 50 × 50 mm bis 150 × 100 mm, bis 150 mm Probenhöhe und bis 15 kg Tischbelastung. Das MM-800 nimmt Kreuztische bis 300 × 200 mm auf, Proben bis 200 mm Höhe und bis 20 kg. Maßgeblich ist das größte typische Teil – plus Raum für die Aufspannung.

Die Vergrößerung bestimmt Sichtfeld und Detailauflösung. Kleine Vergrößerungen zeigen einen großen Ausschnitt und eignen sich zum Orientieren und für größere Merkmale; hohe Vergrößerungen lösen feinste Kanten auf, zeigen aber nur einen kleinen Bildausschnitt. Zudem nimmt die Schärfentiefe mit steigender Vergrößerung ab: Das erschwert die Arbeit an Teilen mit Höhenunterschieden, erlaubt aber eine genauere Höhenmessung durch Fokussieren. Ein Objektivrevolver mit mehreren Objektiven deckt beides ab.

Bei der Beleuchtung gilt dasselbe wie beim Profilprojektor: Durchlicht für Konturen und durchleuchtbare Teile, Auflicht für Oberflächenmerkmale und undurchsichtige Bauteile. Ring- und segmentiertes Licht beleuchten schräg und heben Kanten auf der Oberfläche hervor. Die Universal-Ausführungen von MM-400N und MM-800N bieten im Auflicht zusätzlich Dunkelfeld, einfache Polarisation und Differentialinterferenzkontrast (DIC); Dunkelfeld macht etwa Kratzer oder Kanten an glänzenden Teilen sichtbar.

Schließlich zählt das Bedienkonzept. Ein manuelles Gerät mit Okular und Fadenkreuz genügt für Einzelmessungen durch geübte Prüfer. Eine motorisierte Z-Achse erleichtert das Fokussieren und macht Höhenmessungen reproduzierbarer. Mit Kamera und Messsoftware werden Kanten automatisch erkannt und Ergebnisse direkt protokolliert – das lohnt sich, sobald wechselnde Bediener dieselben Merkmale an vielen Teilen prüfen. Wo Teile größer als der Kreuztisch werden oder Messabläufe vollständig automatisch laufen sollen, ist ein CNC-Bildverarbeitungssystem die nächste Geräteklasse.

• Verfahrweg und Probenhöhe nach dem größten typischen Teil wählen
• Objektive nach dem kleinsten zu messenden Merkmal und dem nötigen Überblick zusammenstellen
• Durchlicht und Auflicht vorsehen, für glänzende oder strukturierte Oberflächen Ring- oder Segmentlicht
• Manuelle, motorisierte oder 3-achsige Ausführung nach Stückzahl und Höhenmessbedarf
• Software mit Geometrieelementen und Protokollausgabe, bei Serien mit automatischer Kantenerkennung

Typische Anwendungen

Messmikroskope kommen überall dort zum Einsatz, wo Merkmale zu klein für Messschieber oder Profilprojektor sind oder wo Höhen und Oberflächendetails mitgeprüft werden müssen. Beispiele aus der Praxis:

In der Medizintechnik werden Implantate und Stents geprüft, im Werkzeugbau Stempel und Schneidkanten, im Spritzguss kleine Kunststoffteile. Auch in Forschung und Entwicklung sowie in der Wareneingangs- und Endkontrolle sind Messmikroskope verbreitet. Ein Überblick über die Geräte im Sortiment findet sich unter Messmikroskope im Überblick.

• Mikroelektronik: Leiterplatten, Bondpads, Steckverbinder mit Pins und Buchsen
• Feinmechanik: Uhrenbauteile, kleine Dreh- und Frästeile
• Medizintechnik: Implantate, Stents, feine Instrumententeile
• Werkzeug-, Stempel- und Formenbau: Schneidkanten, Radien, Stufenhöhen
• Kunststoff- und Spritzgussteile: kleine Bohrungen, Konturen und Stufen

Messmikroskop kalibrieren

Ein Messmikroskop ist ein Prüfmittel und muss regelmäßig kalibriert werden, damit seine Ergebnisse rückführbar bleiben. Geprüft werden der Kreuztisch und der Abbildungsmaßstab jedes Objektivs einzeln. Arbeitet ein Bildsensor mit, greift zusätzlich die Prüfung nach DIN EN ISO 10360 Teil 7, 8 und 9 sowie VDI/VDE 2617 Blatt 6.1 und 6.2. Im Kalibrierschein stehen die Messgrößen EUX, EUY und EUXY mit Messunsicherheit; die Konformitätsaussage folgt ISO 14253-1. Als Herstellerwert für die Tischgenauigkeit der MM-Serie nennt Nikon in der Standardausführung (2,5 + L/50) µm, L in mm.

Üblich ist ein Intervall von 12 Monaten. Die Vor-Ort-Kalibrierung dauert 2 bis 4 Stunden je Gerät; wie lange genau, hängt von der Objektivbestückung ab. Kneissl Messtechnik ist seit 2006 DAkkS-akkreditiert und kalibriert Messprojektoren und Messmikroskope bis 600 mm Raumdiagonale ausschließlich am Aufstellort. Für Nikon-Geräte der MM-Serie beschreibt die Seite zur Nikon-Kalibrierung Ablauf und Prüfumfang; Messmikroskope anderer Hersteller kalibrieren wir im Rahmen der Kalibrierung optischer 2D-Messsysteme. Als Normale dienen kalibrierte Glasmaßstäbe und Strichplatten; Gerät und Normale akklimatisieren vor der Messung am Aufstellort. Der Kalibrierschein liegt innerhalb von 5 Arbeitstagen digital vor.

Wer neben dem Messmikroskop ein Video- oder Bildverarbeitungssystem mit Höhenachse betreibt, kann beide auf einen Termin legen – dort kommen die Messgrößen EUZ und EU hinzu, siehe Videomessmaschine kalibrieren. Was im Kalibrierschein steht und wie Sie ihn lesen, erklärt der Ratgeber Kalibrierschein lesen.