Bauteiloberflächen
Geometrische Charakterisierung mikrostrukturierter Bauteiloberflächen
Förderung
Der SFB 926 wird gefördert durch die DFG- Deutsche Forschungsgemeinschaft.
Motivation
Das Funktionsverhalten einer technischen Oberfläche lässt sich entscheidend durch eine gezielte Gestaltung mit geometrischen Strukturelementen im Mikrometer- und Submikrometerbereich beeinflussen. Diese Strukturen können durch verschiedene Fertigungsverfahren an der Oberfläche resultieren.
Für die funktions- und fertigungsorientierte Beurteilung der gefertigten Oberflächen und ihrer Strukturen sind zunächst Messverfahren zur Erfassung der Bauteiloberfläche erforderlich. Die funktionsrelevanten Strukturen im Mikrometer- und Submikrometerbereich sind messtechnisch meist nur schwer zu erfassen. Insbesondere können unerwünschte physikalische Wechselwirkungen zwischen Messeinrichtung und Bauteiloberfläche auftreten. Verfälschungen der Oberflächentopografie sind die Folge.
Sobald eine messtechnisch sichere Erfassung von Oberflächen gegeben ist, könnten Oberflächenstrukturen durch strukturorientierte Kenngrößen charakterisiert werden. Der essentielle Grundgedanke besteht darin, Methoden zu entwickeln, durch die diejenigen relevanten Strukturelemente identifiziert und beschrieben werden, die maßgeblich für die Funktion der Bauteiloberfläche beitragen.
Ziele
Das anfängliche Ziel in diesem Projekt ist es, unterschiedliche Messprinzipien zu einer Multisensorik zu vereinigen. Konkret soll dabei die Weißlichtinterferometrie mit der Ellipsometrie kombiniert werden. Durch die Ellipsometrie können Bereiche mit unterschiedlichen Materialien erkannt werden. Dies kann dazu genutzt werden materialbedingte Phasensprünge bei der Weißlichtinterferometrie zu korrigieren.
Beim optischen Messen werden üblicherweise bei einer Messung nur sehr kleine Messfelder (<1mm²) erfasst. Um größere geometrische Oberflächenstrukturen betrachten zu können, müssen Auswertefelder aus kleineren Messfeldern zusammengesetzt werden. Dies wird anhand von Stitching-Algorithmen durchgeführt. In diesem Projekt sollen Fusions-Algorithmen entwickelt werden, mit denen räumliche Koordinaten-Transformationen mit Translation und Rotation von 3D-Topographien durchgeführt werden können.
Ein weiterer Untersuchungsbereich ist die dreidimensionale Rauheitsmesstechnik. Die in mikrostrukturierten Oberflächen enthaltenen Strukturelemente sollen durch Methoden der morphologischen Signalverarbeitung extrahiert und durch Modellstrukturen in Maß, Form und Lage beschrieben werden.
Das langfristige Ziel dieses Projektes besteht darin, funktionsrelevante morphologische Kenngrößen auf Basis der Modellstrukturen anhand der im SFB 926 durchgeführten Simulationen und experimentellen Untersuchungen zu entwickeln.
Damit sollen Kenngrößen entstehen mit denen mikrostrukturierte Oberflächen in Hinblick auf bestimmte Funktionen, z.B. Reibung, Verschleiß und Dichtheit, beurteilt werden können und künftig Strukturmerkmale identifiziert werden mit denen das Verhalten von Bauteilen bezüglich dieser Funktionen optimiert werden kann.
Bearbeitung
Dipl.-Ing. Indek Raid
Projektpartner - Teilprojekte
Bei dem vorgestellten Projekt handelt es sich um ein Teilprojekt des DFG Sonderforschungsbereich 926 – Bauteiloberflächen: Morphologie auf der Mikroskala.
Der SFB 926 ist ein Gemeinschaftsprojekt aus mehreren verschiedenen Teilprojekten aus den Fachbereichen Maschinenbau & Verfahrenstechnik und Physik der TU Kaiserlautern, sowie dem Institut für Oberflächen und Schichtanalytik. Wesentliches Merkmal ist die eng verzahnte Zusammenarbeit der Teilprojekte untereinander. Im SFB 926 sind wird mit den folgenden Einrichtungen zusammengearbeitet:
• Lehrstuhl für Fertigungstechnik und Betriebsorganisation (FBK), Prof. Dr.-Ing. Jan Aurich und Juniorprofessor Dr.-Ing. Fábio Sousa
• Lehrstuhl für Werkstoffkunde (WKK), Prof. Dr.-Ing. Dietmar Eifler, Prof. Dr.-Ing. Eberhard Kerscher und Dr.-Ing. Marek Smaga
• Lehrstuhl für Thermodynamik (LTD), Prof. Dr.-Ing. Hans Hasse
• Lehrstuhl für Technische Mechanik (LTM), Prof. Dr.-Ing. Ralf Müller
• Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik (BioVT), Prof. Dr. rer. nat. Roland Ulber
• Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik (MVT), Prof. Dr.-Ing. Siegfried Ripperger
• Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik (MEGT), Prof. Dr.-Ing. Bernd Sauer
• Lehrstuhl für Computersimulation und Materialwissenschaften (CMS), Prof. Herbert Michael Urbassek
• Lehrstuhl für Technische Physik (LTP), Prof. Dr. rer. nat. Christiane Ziegler und Dr. rer. nat. Christine Müller
• Institut für Oberflächen- und Schichtanalytik GmbH (IFOS), Prof. Dr. rer. nat. Michael Kopnarski
Veröffentlichungen
Weitere Informationen zum SFB 926 finden Sie auf der Seite www.sfb926.de.