Laufende Projekte

Im Bereich Fertigungsmesstechnik werden unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. habil. Tino Hausotte zurzeit folgende Forschungsprojekte bearbeitet:

Realistische Simulation realer Röntgencomputertomografie-Systeme mit basisqualifizierter Simulationssoftware (CTSimU2); FKZ: 03TN0049A

Realistische Simulation realer Röntgencomputertomografie-Systeme mit basisqualifizierter Simulationssoftware - CTSimU2

(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)

Projektleitung:
Projektbeteiligte:
Projektstart: 1. Oktober 2022
Projektende: 30. September 2024
Akronym: CTSimU2
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK)
URL: https://www.ctsimu.forschung.fau.de/

Abstract:

Das Förderprojekt „Realistische Simulation realer Röntgencomputertomografie-Systememit basisqualifizierter Simulationssoftware - CTSimU2“ baut auf den Ergebnissendes Projektes CTSimU („Durchstrahlungssimulation für dieMessunsicherheitsbestimmung beim Messen geometrischer Merkmale mittelsRöntgen-Computertomographie“) auf. In diesem Projekt wurde eine objektive undstandardisierte Bewertung von Simulationssoftwares zur Anwendung bei derRöntgen-CT für dimensionelle Messungen in Form eines (Basis-)Qualifizierungsframeworkserarbeitet. Dabei stand die ausreichende physikalische Korrektheit derDurchstrahlungssimulation im Vordergrund.

Für die realitätsnahe Simulation einer CT-Anlage in einer Simulationssoftware (digitalerZwilling) ist jedoch nicht nur die Korrektheit der Simulationssoftware selbst,sondern auch die Güte der Parametrisierung des realen CT-Systems in derSimulationssoftware entscheidend – dies stellt den Ausgangspunkt des 2.Projektes CTSimU2 dar. Die Parametrisierung eines CT-Systems in einer Simulationssoftwarelässt sich in vier Schritte unterteilen: nach der Datenaufnahme am realenCT-System (Schritt 1) folgt die Auswertung der aufgenommenen Daten für dieGenerierung allgemeiner Parameterangaben (Schritt 2). Als letztes folgt dieÜbertragung der Parameter in die spezifischen Simulationssoftwares (Schritt 3) unddie Validierung der resultierenden Simulationsparameter durch einen geeignetenTest (Schritt 4). Die Methodik der Datenaufnahme am CT und die Auswertung derDaten sollen in einem Werkzeugkasten allgemein beschrieben werden. Der dritteSchritt, die Übertragung der Parameter, ist softwarespezifisch und wirdbeispielhaft mit den vorhandenen Simulationssoftwares durchgeführt. Die Validierungder Parameter ist standardisierbar und soll durch einen zu entwickelnden Testgeleistet werden, auf dessen Basis die ausreichend korrekte Simulation einerrealen Anlage beurteilt werden kann. Endresultat des Projektes ist einRichtlinienentwurf (z. B. für der Richtlinienreihe VDI/VDE 2630) zu diesemTest, der einen informativen Annex zum Stand der Technik bezüglich derMöglichkeiten zur Parameterbestimmung enthält. Mit einer Simulationssoftware,die die Basisqualifizierung aus CTSimU bestanden hat und einenParameterdatensatz für ein reales CT-System enthält, der den Test aus CTSimU2bestanden hat, sollten realistische Simulationen dieses CT-Systems möglichsein.

Das Projekt wird in der Förderrichtlinie WIPANO, administriert durch den ProjektträgerJülich und finanziert durch das Bundesministerium für Wirtschaft undKlimaschutz aufgrund eines Beschlusses des deutschen Bundestages, unter demFörderkennzeichen 03TN0049A gefördert.

Publikationen:

Konzeptionelle Entwicklung und Evaluation eines temperaturkorrigierten fokusabstandsmodulierten Konfokalsensors (InMoKoSens); FKZ: 13N16280

Konzeptionelle Entwicklung und Evaluation eines temperaturkorrigierten fokusabstandsmodulierten Konfokalsensors

(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

Titel des Gesamtprojektes: Industrielle fokusabstandsmodulierte, konfokale Abstandssensoren (InMoKoSens)
Projektleitung:
Projektbeteiligte: ,
Projektstart: 1. Juli 2022
Projektende: 30. Juni 2025
Akronym: InMoKoSens
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Abstract:

Die dimensionelle Messung und Prüfung der Formabweichungen,der Rauheit oder von Schichtdicken hochpräziser und ggf. miniaturisierter undmikrostrukturierter Bauteile stellt die Messtechnik vor gänzlich neueHerausforderungen. Beispiele für solche Bauteile sind etwa bei optischenKomponenten zu finden, wie z. B. Freiformoptiken, Mikrolinsenarrays, adaptiveOptiken, sowie mikro-elektro-mechanische Systeme. Hierzu werden insbesondereimmer schnellere und hochpräzisere optische (also berührungslose) Antastsensorenbenötigt, die in Oberflächen- und Koordinatenmessgeräte integriert werden.

Die Konfokalmikroskopie, bei welcher das Messobjektpunktweise abgetastet wird, zeichnet sich durch ihre hervorragendeStrukturauflösung im Vergleich zu anderen optischen Sensoren aus. Auf deranderen Seite bedingt das Messverfahren aufgrund der punktweisen Abtastung aufvielen axialen Höhen eine relativ geringe Messgeschwindigkeit. Um diese Geschwindigkeitzu erhöhen, soll im Rahmen des Verbundprojekts „Industrielle fokusabstandsmodulierte,konfokale Abstandssensoren (In‑MoKoSens)“  industrietauglicher hochfrequentfokusabstandsmodulierter Konfokalsensor und eine speziell angepassteSignalauswertung entwickelt werden, welche in Kombination mit einem neuartigenAnsatz zur Kompensation von temperaturbedingten Messabweichungen einenachgeführte Messung mit einem lateralen Scan und einer Präzision imeinstelligen Nanometerbereich ermöglicht. Das Sensorprinzip, mit dem inVoruntersuchungen bereits sehr gute messtechnische Eigenschaften nachgewiesenwurden, soll durch entsprechende Anpassung der Optik, der Mechanik, sowie desSoft- und Hardwaredesigns in einen robusten industrietauglichen Demonstratorüberführt werden.

Publikationen:

    SFB/Transregio 285 Methodenentwicklung zur mechanischen Fügbarkeit in wandlungsfähigen Prozessketten - Metrologie für Fügeprozesse und -verbindungen (C05) (TRR 285 C05); FKZ:

    Metrologie für Fügeprozesse und -verbindungen (C05)

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: SFB/Transregio 285 Methodenentwicklung zur mechanischen Fügbarkeit in wandlungsfähigen Prozessketten
    Projektleitung:
    Projektbeteiligte: ,
    Projektstart: 1. Juli 2019
    Projektende: 30. Juni 2023
    Akronym: TRR 285 C05
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
    URL: https://trr285.uni-paderborn.de/

    Abstract:

    Bei mechanischen Fügeprozessen entstehen Baugruppen, die verfahrensbedingt mechanisch beansprucht und dadurch bereits im Prozess geschädigt werden können. Weiterhin kann es zu geometrischen Abweichungen bei den qualitätsrelevanten Merkmalen einer Verbindung kommen. Im Hinblick darauf sind sowohl eine sichere In-Prozess-Messung der Fügeprozessparameter als auch eine zerstörungsfreie geometrische Post-Prozess-Prüfung zur nachgelagerten Qualitätskontrolle erforderlich. Es sollen Methoden entwickelt werden, die einerseits durch Verbesserung der In-Prozess-Messung zu einer Robustheitssteigerung etablierter Fügeprozesse und andererseits durch eine zuverlässige Beurteilung der Auswirkungen von Prozessänderungen mit computertomografischen Post-Prozess-Messungen, für die eine Rissmessbarkeitsgrenze angegeben werden soll, zur Wandlungsfähigkeit beitragen. Für die In-Prozess-Messtechnik sollen in Kooperation mit fügeprozessanwendenden Teilprojekten dynamische Echtzeit-Messunsicherheitsschätzer auf Basis eines Bayes-Ansatzes erarbeitet werden, die eine Genauigkeitsverbesserung und Messunsicherheitsaussage für die Aufnahme dynamischer Fügeprozessparameter erlauben. Für die Post-Prozess-Prüfung konzentriert sich das Teilprojekt auf die Messbarkeitssteigerung durch Artefaktreduktion und die erstmalige Angabe einer Rissauflösungsgrenze für röntgencomputertomografische (CT) Messungen. Dabei werden die zerstörungsfreie Prüfung für qualitative Aussagen zur Fügepunktausbildung und die dimensionelle Messung zur Überprüfung der Fügebauteilgeometrie adressiert. Für die zerstörungsfreie Prüfung soll die Frage geklärt werden, welche Oberflächendefekte unter Berücksichtigung der metrologischen Strukturauflösung sowie der Interface-Strukturauflösung eindeutig identifizierbar sind. Für die dimensionelle Messung mit CT stellen Multimaterialbauteile aus dem Fügeprozess wegen der fehleranfälligen Oberflächenfindung sowohl an den inneren Grenzflächen als auch in Monomaterialbereichen im Hinblick auf die Messbarkeit bzw. erreichbare Genauigkeit eine bisher ungelöste Herausforderung dar. Unter Ausnutzung von intelligent gewählten Mehrfachmessungen sowie von simulativem Vorwissen soll eine Erfassung der inneren Grenzflächen sowie eine genauere Messung der Oberflächen erarbeitet werden. Die Post-Prozess- und In-Prozess-Messungen werden kombiniert, indem Auswirkungen von Prozessgrößen und deren Änderungen durch CT-Messungen untersucht werden. Am Ende können durch CT-Messungen die Gestalt und Schädigungen von Fügestellen, auch für abgewandelte Fügeprozesse, sicherer erfasst werden und die Erfassbarkeit a priori vorhergesagt werden. Mit Hilfe von Bayes-Filtern können die Prozessgrößen genauer gemessen und in Echtzeit Messunsicherheitsangaben zur Verfügung gestellt werden.

    Publikationen:

    Traceable industrial 3D roughness and dimensional measurement using optical 3D microscopy and optical distance sensors (TracOptic); FKZ: 20IND07

    Traceable industrial 3D roughness and dimensional measurement using optical 3D microscopy and optical distance sensors

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Traceable industrial 3D roughness and dimensional measurement using optical 3D microscopy and optical distance sensors
    Projektleitung:
    Projektbeteiligte: ,
    Projektstart: 1. Juni 2021
    Projektende: 31. Mai 2024
    Akronym: TracOptic
    Mittelgeber: The European Metrology Programme for Research and Innovation (EMPIR)
    URL: https://www.ptb.de/empir2021/tracoptic/home/

    Abstract:

    To remain competitive European manufacturers strive to make constant improvements in their manufacturing processes. The surface topography of a component part can have a profound effect on the function of the part. This is true across a wide range of industries (such as precision engineering, automotive and medical). It is estimated that surface effects cause 10 % of manufactured parts to fail which has financial implications. Optical measuring systems are widespread in surface and coordinate metrology as they are fast, with high resolution, and contactless (aspects that are essential for the factory of the future). Unfortunately, optical measurements are not often used in industry as they are not traceable. This is due to the complexity of the interaction between the object’s surface and measuring system. This project aims to improve the traceability of 3D roughness and dimensional measurements using optical 3D microscopy and optical distance sensors. Data evaluation, and uncertainty estimation methods will be developed, and be made accessible to industry by good practice guides, publications, training courses etc.

    Publikationen: