Untersuchung der Strukturfunktion zur Analyse optisch gemessener Oberflächendaten (Strukturfunktion II)

• Antragsteller: Professor Dr. Ralf Bernhard Bergmann
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung seit 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 288038549

Zur Charakterisierung von Oberflächen werden üblicherweise Kenngrößen wie die Rauheitszahlen Ra, Rq oder Sa und Sq benutzt. Diese beschreiben aber vielfach nicht die für die gewünschten Anwendungen erforderlichen Oberflächeneigenschaften. Mit der Strukturfunktion führen wir eine für die Oberflächenmesstechnik neue Analysemethode ein. Die Aussagekraft der Strukturfunktion bezüglich der Beschaffenheit einer Oberfläche ist aber ungleich größer als die der oben genannten Kenngrößen, da alle Höhenunterschiede für jeweils alle möglichen Abstände innerhalb des Datensatzes in allen Richtungen ausgewertet werden. Dabei kann die Strukturfunktion große Datenvolumina, die typischerweise bei optischen Messtechniken anfallen, effizient verarbeiten. Sie hat zudem diverse Vorteile gegenüber anderen statistischen Verfahren, wie z.B. der Autokorrelationsfunktion. Im Gegensatz dazu ist die Strukturfunktion deutlich praktikabler. Als einer der wesentlichsten Vorteile hat sich die größere Empfindlichkeit für vergleichende Rauheit an Oberflächen herausgestellt. Sie lässt sich intuitiv besser beurteilen und ist im Vergleich zu Fourier-basierten Verfahren wesentlich robuster gegenüber Variationen der Oberflächengeometrie. Sie lässt sich auf fast jede Apertur oder Geometrie der Oberfläche anwenden und erlaubt zudem den Vergleich von Daten unterschiedlicher Messverfahren. Im vorangegangenen Projekt konnten mit entsprechenden Simulationen Zusammenhänge zwischen der Strukturfunktion mit Rauheiten sowie Welligkeiten gezeigt werden. An diamantgedrehten Oberflächen konnte demonstriert werden, dass sich Rauheitsunterschiede von wenigen Nanometern an Profilen oder ganzen Flächen beim Vergleich von Auswertungen der Strukturfunktion schnell und einfach feststellen lassen. Da die Strukturfunktion sich zur Charakterisierung sehr kleiner Rauheiten eignet, ist sie auch zur präzisen Beurteilung der Abnutzung von Werkzeugen (Stempel-, Umform-, Tiefziehwerkzeuge) fast jeder Art nutzbar, um nur ein Anwendungsbeispiel zu nennen. In diesem Fortsetzungsantrag soll die Ableitung von Kennwerten (Deskriptoren) aus der Strukturfunktion theoretisch und experimentell untersucht werden. Dabei sind, wie oben angedeutet, konventionelle Kennzahlen nicht unbedingt aussagekräftige Größen für die Qualitätssicherung. Im Projekt sollen daher eigenständige Deskriptoren aus der Strukturfunktion abgeleitet werden, mit denen die übliche Oberflächencharakterisierung in Richtung neuer Definitionen sinnvoll erweitert werden kann. Für die Charakterisierung von Welligkeiten fehlt zudem eine Untersuchung aperiodischer bzw. anisotroper Verteilungen. Schließlich muss ermittelt werden, mit welcher Untergrenze Oberflächenstrukturen wie Rauheiten oder Welligkeiten absolut charakterisiert werden können. Ein weiteres Ziel ist der Nachweis, dass sich die Strukturfunktion auch zur Schadenindikation für die Qualitätsprüfung eignet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen