Labor für optische Messtechnik

Die Arbeiten im Labor für optische Messtechnik umfassen die beiden Schwerpunkte „In Prozess Messverfahren“ und „Verfahren zur Randzonenanalyse“.

Im Schwerpunkt „In Prozess Messverfahren“ konzentrieren sich die bearbeiteten Fragestellungen auf den Bereich der Oberflächenbeurteilung mittels Streulicht- und anderen Verfahren sowie der Bestimmung von (im Wesentlichen) mechanischen Werkstückbelastungen während der Fertigung.

Die eingesetzten Streulichtverfahren ermöglichen die schnelle, prozessinterne Bestimmung von (statistischen) Oberflächencharakteristika, ohne dabei die konkrete Topografie des Bauteils zu erfassen. Mit den Verfahren lassen sich im Fertigungsprozess sehr schnell bewegte Bauteiloberflächen untersuchen. Neben einer Beurteilung der mittleren Rauheit im beobachteten Messfleck, sind auch Aussagen über Strukturhöhen und -breiten sowie einzelne Defektklassen von Bauteilen möglich. Über einen Vergleich mit rigorosen Streutheorien auf Basis der Maxwelltheorie geling dies nicht nur für den Strukturbereich mit Größen oberhalb der optischen Wellenlänge, sondern auch für Strukturen im Nanometerbereich (unterhalb der optischen Wellenlänge). Zusätzlich zu den Streulichtverfahren werden auch optische Verfahren (z. B. Weißlichtinterferometrie) erforscht und weiterentwickelt, welche die Topografie des Bauteils abbilden, aber aufgrund der geringen Messgeschwindigkeit nur bedingt für prozessinterne Applikationen geeignet sind.

Die Erfassung von Werkstückbelastungen erfolgt an optisch zugänglichen Bereichen der Bauteiloberfläche (z.B. der Bauteilseite, wenn von oben bearbeitet wird) und beruht auf lokal auflösenden Korrelationsverfahren zur Bestimmung der Oberflächenverschiebungen. Aus diesen Verschiebungen mit einer Auflösung im zweistelligen Nanometerbereich lassen sich die ortsabhängigen Dehnungen der Oberfläche mit hoher Präzision ermitteln.

Verwendete „Verfahren zur Randzonenanalyse“ basieren auf photothermischen Messprinzipien, deren Messeffekt mit Werkstoffeigenschaften der Randzone korreliert. Anhand der Messdaten lassen sich Aussagen hinsichtlich der Tiefe und der Größe von Grenzschichten bzw. Störstellen, der Wärmeleitfähigkeit und der Wärmekapazität ableiten.

Innerhalb der beiden thematischen Schwerpunkte des Labors erbringt bzw. bietet das BIMAQ folgende Leistungen an:

  • Machbarkeitsstudien zur Anwendung von Messprinzipien, insbesondere in Fertigungs- und Wärmebehandlungsprozessen
  • Weiterentwicklung von Messverfahren für konkrete, industrielle Applikationen
  • Grundlagenforschung für neue Messverfahren in den beiden thematischen Schwerpunkten
  • Simulation und Messung der Lichtstreuung an mikro- und nanostrukturierten Bauteilen zur Beurteilung der Strukturqualität
  • Zerstörungsfreie Randzonen- / Topografieprüfung durch Vergleich mit Referenzproben
  • Normgerechte Prüfung der Beständigkeit von Laserschutzprodukten gegen Laserstrahlung

Die Laborausstattung verteilt sich auf mehrere optische Messräume mit Laserschutzeinrichtungen und umfasst die folgenden Systeme:

  • Diverse Messeinrichtungen zur streulicht-basierten Oberflächencharakterisierung (Eigenentwicklungen, Messbereiche: Rauheit: 20 nm – 2 µm, Messfrequenz: bis zu 100 Hz)
  • Weißlicht-Interferometer (Agos)
  • Taktile Rauheitsmesstechnik für Vergleichsuntersuchungen (z.B. Mitutoyo CS5000, Mahr Perthometer, Mahr LD120)
  • Referenz-Messsystem für die hochaufgelöste Streulicht-Messung (Eigenentwicklung, erfasster Winkelbereich: fast 4π, Winkelauflösung: 2 Bogensekunden)
  • Messsysteme zur prozessinternen Verformungsmessung von Bauteilen (Messfrequenz: bis zu 180 Hz, laterale Auflösung: ≈ 2 µm, Verformungsauflösung: ≈ 60 nm).
  • 2-Frequenz-Interferometer (Jenoptik)
  • Diverse Messplätze zur photothermischen Randzonenanalyse mit unterschiedlichen Laserquellen (Eigenentwicklungen)
  • Mikromagnetik-Messplatz (3MA) für Vergleichsuntersuchungen

Kontakt

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