Messung der Oberflächentopographie von Riblet-strukturierten Bauteilen zur Überwachung des Fertigungsprozesses
Thomas Mueller, Eduard Reithmeier
Diese Arbeit beschreibt die Erforschung zweier Messeinrichtungen zur Inspektion von Riblet-strukturierten Oberflächen für die Überwachung deren Fertigungsprozesses. Die erste Messeinrichtung lässt sich in die Werkzeugmaschine integrieren, in der die Schleifscheiben für die Riblet-Fertigung abgerichtet werden. Die Messung der Oberflächentopographie der Riblet-Struktur erfolgt durch Lasertriangulation. Zur Vermeidung einer Beeinträchtigung der Messung durch das Kühlmittel, welches sich im gesamten Bearbeitungsraum der Werkzeugmaschine verteilt, erfolgte die Entwicklung eines neuen Messkonzeptes. Dabei wird die Schleifscheibe zur Messdurchführung in ein Kühlmittelbecken getaucht. Die Beleuchtung und Kameraaufnahme erfolgt ebenso durch das Kühlmittelbecken. Durch dieses Konzept ergeben sich, trotz Kühlmittel im Bearbeitungsraum, unbeeinflusste Messergebnisse. Außerdem ist ein neuer Auswertealgorithmus beschrieben, mit dessen Hilfe die Position der Laserlinie in den Kameraaufnahmen auch bei einem schlechten Signal/Rausch-Verhältnis zuverlässig bestimmbar ist. Der Algorithmus klassifiziert die Pixel in den Kameraaufnahmen in die Gruppen „Laserlinie“ und „Streulichthintergrund“. Zur Berechnung der Laserlinien-Position werden dann nur die Pixel einbezogen, die zur Laserlinie gehören. Für die Klassifizierung wurde außerdem eine Methode zur Verkürzung der Berechnungsdauer entwickelt. Diese Methode ermöglicht die Reduzierung von Iterationsdurchgängen durch Extrapolation des Klassifizierungsergebnisses. Im Rahmen der Entwicklung des Messsystems erfolgte auch eine detaillierte Untersuchung zur Messunsicherheit von mikroskopischer Lasertriangulation auf technischen Oberflächen. Die zweite Messeinrichtung eignet sich zur automatisierten Messung der Mikrostruktur auf Bauteilen mit hoher Oberflächenkrümmung. Die präzise Messung der Oberflächentopographie erfolgt dabei mittels konfokaler Mikroskopie. Außerdem enthält die Messeinrichtung ein, im Rahmen der Arbeit entwickeltes, Lichtmikroskop, dessen Arbeitsabstand bei konstanten Abbildungsmaßstab und Sichtfeld variierbar ist.
