Unser InstitutArbeitsgruppen
Fertigungsmess- und Prüftechnik
Multiskalige Geometrieprüfung (SFB 1153 C5)

Fertigungsmess- und Prüftechnik

Die Kernaufgabe der Fertigungsmess- und Prüftechnik besteht in der Erfassung, Charakterisierung und funktionsorientierten Interpretation geometrischer Abweichungen industriell hergestellter Werkstücke im Hinblick auf die Sicherstellung der Bauteilqualität durch Regelung des Fertigungsprozesses.

Einen aktuellen Forschungsschwerpunkt bildet bspw. die Erforschung und Weiterentwicklung der optischen 3D-Koordinatenmesstechnik auf Basis Streifenprojektionssensorik, die aufgrund ihrer hohen Auflösung, Messgeschwindigkeit und Flexibilität ein breites Anwendungsspektrum im industriellen Umfeld findet. Konkrete Forschungsprojekte befassen sich derzeit mit der Erforschung eines endoskopischen Streifenprojektionsmesssystems zur Verschleißmessung von Umformwerkzeugen im Rahmen der Entwicklung der Blechmassivumformung als neuartige Fertigungstechnologie sowie der flächenhaften Zustandsbefundung betriebsbeanspruchter Triebwerkskomponenten im Hinblick auf die Erforschung und Entwicklung geeigneter Methoden zur Bauteilregeneration.

Einen weiteren Schwerpunkt bildet die Entwicklung und Erforschung von Mess- und Auswerteverfahren für die optische 2D- bzw. 3D-Rauheitsmesstechnik zur Charakterisierung technischer Oberflächen. Beispielsweise werden derzeit in unterschiedlichen Forschungsprojekten auf Basis mittels chromatischer-konfokaler Sensorik, konfokaler Mikroskopie sowie Weißlichtinterferometrie erfasster Messdatensätze Methoden zur Fusion sich überlappender Messfelder sowie zur kenngrößenbasierten Charakterisierung mikrostrukturierter Oberflächen erforscht.

ANSPRECHPARTNER

PD Dr.-Ing. Dipl.-Phys. Markus Kästner
Gruppenleitung
Fertigungsmess- und Prüftechnik
Adresse
An der Universität 1
30823 Garbsen
Gebäude
Raum
114
PD Dr.-Ing. Dipl.-Phys. Markus Kästner
Gruppenleitung
Fertigungsmess- und Prüftechnik
Adresse
An der Universität 1
30823 Garbsen
Gebäude
Raum
114

Multiskalige Geometrieprüfung (SFB 1153 C5)

Leitung:  PD Dr.-Ing. Dipl.-Phys. Markus Kästner
E-Mail:  pascal.kern@imr.uni-hannover.de
Team:  M. Sc. Pascal Kern
Jahr:  2015
Förderung:  DFG
Laufzeit:  2015-2023

MULTISKALIGE GEOMETRIEPRÜFUNG

 

Sonderforschungsbereich 1153 – Prozesskette zur Herstellung hybrider Hochleistungsbauteile durch Tailored Forming - C5 - Multiskalige Geometrieprüfung

Forschungsschwerpunkt des Teilprojekts C5 ist die flächige 3D-Geometrie-Rekonstruktion schmiedewarmer Tailored-Forming-Bauteile unter Nutzung optischer Triangulationssensoren. Die Prüfung der geometrischen Merkmale der Fügezone nach jedem einzelnen Prozessschritt ermöglicht die Einstellung des Herstellungsprozesses, eine Fehlerfrüherkennung, wie auch die Evaluierung von Bauteilverzügen, die durch inhomogene Abkühlprozesse der hybriden Materialpaarungen entstehen können.

 

 

 

MOTIVATION UND ZIELSETZUNG

In der ersten Förderperiode werden hierzu unterschiedliche Sensorkonzepte unter Nutzung aktorbasierter und algorithmischer Kompensationsverfahren für den Lichtablenkungseffekt im wärmeinduzierten inhomogenen Brechungsindexfeld erforscht.

 

 

Abbildung 1: Multikamera-Streifenprojektionssensor.

Zur Realisierung einer algorithmisch kompensierten Geometriemessung wird ein Multikamera-Streifenprojektionssensor entwickelt (Abb. 1). Dieser ermöglicht eine redundante Geometriedatenakquise überlappender Messbereiche auf Basis unterschiedlicher Triangulationswinkel. Dabei bilden alle Kamera-Projektor-Kombinationen sogenannte Stereopaar-Messeinheiten, mithilfe derer 3D-Geometriedaten akquiriert werden können. Durch die Analyse der unterschiedlich stark vom Lichtablenkungseffekt beeinflussten Stereopaar-Messergebnisse und auf Basis von Brechungsindexfeld-Simulationen kann eine algorithmische Messwertkorrektur für zylindrische Bauteile realisiert werden. Mithilfe der Finite Elemente (FE)-Simulationssoftware Comsol wurde außerdem ein numerisches Modell implementiert, das den multiphysikalischen Zusammenhang zwischen der hitzeinduzierten Dichtereduzierung der Luft und dem dadurch entstehenden Lichtablenkungseffekt abbildet, und virtuelle Triangulationsmessungen unter optischer Inhomogenität ermöglicht (Abb. 2). 

Abbildung 2: Zusammenhang zwischen der hitzeinduzierten Dichtereduzierung der Luft und dem dadurch entstehenden Lichtablenkungseffekt.

AKTUELLE ARBEITEN UND AUSBLICK

Zur experimentellen Validierung der algorithmischen Messwertkorrektur und zur Durchführung von Schrumpfungs- bzw. Verzugsmessungen direkt nach dem Umformprozess wird ein Messkammer-Sensorkonzept erforscht, das durch Druckreduktion eine Geometriecharakterisierung heißer Tailored-Forming-Bauteile mit vernachlässigbarem Brechungsindexfeld-Einfluss ermöglichen soll. Der Unterdruckansatz wurde zunächst mithilfe von Brechungsindexmessungen mittels der zweidimensionalen (2D) background oriented schlieren (BOS)-Methode validiert. In Abb. 3 ist der Prüfstand mit Unterdruckkammer dargestellt. Das sich einstellende Brechungsindexfeld über einem heißen Messstab (circa 1000 °C) innerhalb der Kammer bei Umgebungsdruck (p=987 mbar) und bei reduziertem Kammerdruck (circa 64 mbar) ist auf der rechten Seite dargestellt. Es zeigt sich, dass eine Druckreduktion die Variation des Brechungsindexes in Luft deutlich verringert. Die Beschickung der Unterdruckkammer, ein rot-glühender Messzylinder in der Kammer und der Sensorkopf zur Durchführung von Geometriemessungen durch das Kammermessfenster sind in Abb. 4 dargestellt.

Abbildung 3: Prüfstand mit Unterdruckkamer.
Abbildung 4: Beschickung der Unterdruckkamer und Kamermessfenster.

Zur umfangreichen Charakterisierung von Schmiedeprozessen ist es zudem geplant, eine Themographiekamera mit einem Triangulationssensor zu koppeln. Dies ermöglicht eine Zuordnung von experimentell ermittelten Temperatur- und Geometriedaten (4D-Modell des Messobjektes, Abb. 5). Durch Vergleich von Umformsimulationen und Messdaten lässt sich eine Validierung der Simulationen erreichen.

Abbildung 5: 4D-Modell des Messobjektes.