Labor für optische Messtechnik

Die prozessnahe und In-Prozess-Messtechnik stellt einen wesentlichen Baustein für die heutige industrielle Fertigung dar. Dies gilt insbesondere vor dem Hintergrund des immer weiteren Ausbaus vernetzter Herstellungsprozesse (Industrie 4.0), welche ohne die im Prozess ermittelten Informationen nicht in der Lage wären, eine Steuerung und Optimierung der einzelnen Prozesse und der Prozesskette zu realisieren. Am BIMAQ wird deshalb an der Oberflächenbeurteilung mittels optischer Messverfahren gearbeitet. Hierbei kommen schwerpunktmäßig Streulichtverfahren zum Einsatz, welche beispielsweise Aussagen über die mittlere Rauheit, Strukturhöhen und -breiten sowie Defektklassen der Oberflächenstrukturen ermöglichen. Ein Forschungsschwerpunkt der eingesetzten Streulichtverfahren bildet die Speckle-Fotografie, um Oberflächenverformungen und Dehnungen während der Bauteilbearbeitung mit Verformungsauflösungen im Bereich von ca. 10 nm zu messen. Darüber hinaus werden beispielsweise auch thermografische Methoden zur Verformungsmessung und das Verfahren der Weißlichtinterferometrie für die prozessnahe Topografiemessung untersucht. Das Ziel ist die Realisierung von prozessnahen bzw. prozessinternen Messverfahren für verschiedene Fertigungsprozesse, die Charakterisierung der Messeigenschaften sowie die Identifikation fundamentaler Messbarkeitsgrenzen.

Forschungsthemen

  • Messsysteme und Auswerteverfahren zur prozessnahen oder -internen Bestimmung
    • von (statistischen) Oberflächencharakteristika mikro- und nanostrukturierter Bauteile
    • der lokal aufgelösten Bauteilverformung bzw. der Bauteilbelastung aufgrund der auftretenden Prozesskräfte während einer zerspanenden oder umformenden Bearbeitung
  • Tragbildanalyse von Zahnrädern unter Belastung
  • Korrektur systematischer Abweichungen der Messverfahren
  • Messunsicherheit und fundamentale Messbarkeitsgrenzen

Messdienstleistung

  • Machbarkeitsstudien zur Anwendung von Messprinzipien, insbesondere in Fertigungs- und Wärmebehandlungsprozessen
  • Weiterentwicklung von Messverfahren für konkrete, industrielle Applikationen
  • Grundlagenforschung für neue In-Prozess-Messverfahren
  • Simulation und Messung der Lichtstreuung an mikro- und nanostrukturierten Bauteilen zur Beurteilung der Strukturqualität
  • Zerstörungsfreie Randzonen- / Topografieprüfung durch Vergleich mit Referenzproben

Ausstattung

Messsysteme

  • Diverse Messeinrichtungen zur streulicht-basierten Oberflächencharakterisierung (Eigenentwicklungen, Messbereiche: Rauheit: 20 nm – 2 µm, Messfrequenz: bis 100 Hz)
  • Speckle-Messsysteme zur prozessinternen Verformungsmessung von Bauteilen (Messfrequenz: bis 400.000 Hz, laterale Auflösung: ≈ 2 µm, Verformungsauflösung: ≈ 60 nm)
  • Referenz-Messsystem für die hochaufgelöste Streulicht-Messung (Eigenentwicklung, erfasster Winkelbereich: fast 4π, Winkelauflösung: 2 Bogensekunden)
  • Weißlicht-Interferometer (Agos)
  • 2-Frequenz-Interferometer (Jenoptik)
  • Taktile Rauheitsmesstechnik für Vergleichsuntersuchungen (z.B. Mitutoyo CS5000, Mahr Perthometer, Mahr LD120)
  • Drehmomentprüfstand für Wellen und Zahnräder (Strama)

Messobjekte

  • Prismatische, metallische Werkstücke in den Fertigungsprozessen Schleifen, Drehen, Festwalzen, Walzen
  • Nanostrukturierte Oberflächen wie Kunststoff- und Metallfolien

Literatur

G. Alexe, A. Tausendfreund, D. Stöbener, A. Fischer: Model-assisted measuring method for periodical sub-wavelength nanostructures. Applied Optics 57:92-101, 2018.

A. Tausendfreund, D. Stöbener, A. Fischer: Precise in-process strain measurements for the investigation of surface modification mechanisms. Journal of Manufacturing and Materials Processing 2(9):1-11, 2018.

A. Fischer: Fundamental uncertainty limit for speckle displacement measurements. Applied Optics 56:7013-7019, 2017.

S. Patzelt, C. Stehno, D. Stöbener, G. Ströbel, A. Fischer: In-Prozess-Charakterisierung spiegelnder Oberflächen mit Laserstreulicht und leistungsfähiger Hardware. tm – Technisches Messen 84(9):557-567, 2017.

Kontakt

Dirk Stöbener
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Telefon: +49 (0)421 218 646 40