Stöbener, Dirk
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Item-typ:Veröffentlichung, Messung thermomechanischer Beanspruchungen in laufenden SchleifprozessenDie Kenntnis der zum Beispiel während des Schleifprozesses auftretenden thermomechanischen Werkstückbeanspruchungen und der im Material verbleibenden Veränderungen lässt sich gemäß dem Konzept der Prozesssignaturen nutzen, um den Fertigungsprozess zu optimieren und mit anderen zu vergleichen (z. B. mit der Laserbearbeitung). Voraussetzung für die Erstellung einer Prozesssignatur ist, dass die Beanspruchungen während des laufenden Prozesses charakterisiert werden können. Aufgrund der rauen Prozessbedingungen gibt es beim Schleifen bisher keine prozessbegleitende Technik zur Messung der thermomechanischen Beanspruchungen in Form von Verschiebungen und Dehnungen in der bearbeiteten Randzone. Aus diesem Grund wird die Eignung der Speckle-Fotografie für prozessbegleitende Messungen von Werkstückbeanspruchungen in einem laufenden Schleifprozess ohne Kühlschmierstoff nachgewiesen und ein Konzept für eine Messung unter dem Einsatz von Kühlschmierstoffen vorgestellt.Wissenschaftlicher ArtikelBand:87Heft:3213 169 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item-typ:Veröffentlichung, Tooth flank approximation with root point iteration – potentials and limits in gear metrologyGear production demands high-precision metrology, for which a holistic evaluation approach of the geometric data is proposed to overcome current restrictions. The holistic approximation with integrated partitioning and iterative root point calculation can cope even with modified flanks and is validated for gear parameter estimation with systematic deviations <0.2 µm. Apart from low signal-to-noise-ratio cases, where the approximation suffers from the multidimensionality of the optimization, the accuracy of standard evaluation procedures is achieved. Furthermore, holistic approximation is able to perform the required mathematical separation of the integral geometric elements of a tooth flank automatically when determining unknown gear parameters.Wissenschaftlicher ArtikelBand:70Heft:191 83 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item-typ:Veröffentlichung, Berührungslose Messung von Pitchwinkelabweichungen an Windenergieanlagen aus 150 m Entfernung(De Gruyter Oldenbourg, 2021-08-26); ; ; ; Die Windkraft stellt eine wichtige Energiequelle in Deutschland dar. Form und Lage der Rotorblätter von Windenergieanlagen haben dabei einen großen Einfluss auf die Effizienz und die Lebensdauer der Anlage. Geometrische Merkmale von Rotorblättern werden mit Blattschablonen, photogrammetrischen oder interferometrischen Messverfahren erfasst. Hierzu muss die Anlage jedoch gestoppt und ggf. mit Mustern bzw. Markern versehen werden. Für In-Prozess-Messungen ohne Manipulation der Windenergieanlage bietet sich das Prinzip der Laufzeitmessung an, auf dem sogenannte terrestrische Laserscanner aufbauen. Bisher unbekannt ist jedoch die erreichbare Messunsicherheit bei der Bestimmung von Pitchwinkeln. In diesem Beitrag werden die Messunsicherheiten bei der Erfassung der Rotorblattoberfläche für Distanzen > 100 m experimentell untersucht und zur Bestimmung der Unsicherheit des Pitchwinkels mittels Monte-Carlo Simulation fortgepflanzt. Für die Betrachtung der Pitchwinkelunsicherheit wird unterschieden, ob die Nenngeometrie der Rotorblätter bekannt ist und absolute Aussagen über die Pitchwinkel getroffen werden können, oder ob die Nenngeometrie unbekannt ist und nur relative Pitchwinkelunterschiede zwischen den Rotorblättern ausgewertet werden können.Wissenschaftlicher ArtikelBand:88Heft:11103 78 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item-typ:Veröffentlichung, In-Process Tool Deflection Measurement in Incremental Sheet Metal FormingIncremental sheet forming is an economical alternative to deep drawing for forming large sheets in small quantities. However, the shape deviations resulting from a process-force-caused tool deflection limits the measuring accuracy. Therefore, an optical multi-sensor system is proposed to enable the contactless in-process measurement of the tool deflection independent of the machine kinematics for the first time. The presented design study of the sensor system aims to meet the requirement of a maximal measurement uncertainty of 15 µm at a measuring distance of up to 2 m. The multi-sensor system consists of a large number of inexpensive angulation sensors, each of which measures an angle to a light source on the tool. Based on the measured angles of all sensors calibrated to each other, the position of the tool in the three-dimensional manufacturing volume can be calculated by multi-angulation. Via experimental characterization of a realized angulation sensor as well as an uncertainty propagation, the measurement uncertainty achievable with the overall system is estimated. As a result, the multi-sensor concept fulfills all requirements for the measurement of the tool deflection in incremental sheet metal forming.Konferenzbeitrag56 76 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item-typ:Veröffentlichung, Indirect fluorescence-based in situ geometry measurement for laser chemical machiningOptical geometry measurements of submerged workpiece surfaces in the chaotic fluid environment of laser chemical machining (LCM) are challenging, because the produced cavities feature high aspect ratios and surface gradients. To avoid reflection-based artefacts at high gradients, molecules are added to the acid, whose fluorescence is detected with a confocal setup. The model-based signal processing enables the indirect measurement of the micro-geometry even in acid layers with mm to cm thickness and is capable to cope with process-inherent bubbles. As a result, the geometry measurement is shown to be applicable for the LCM process at surface gradients up to 84°.Wissenschaftlicher Artikel161 182 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item-typ:Veröffentlichung, Particle image velocimetry in refractive index fields of combustion flowsOptical measurements inside reacting flows are often disturbed by refractive index fields, e.g., due to the strong density gradients in flames. Although occurring measurement errors due to light refraction are a known problem for certain particle image velocimetry (PIV) applications, only a qualitative analysis of the resulting measurement uncertainty inside flame flows has been carried out to date. As an important step forward, a measurement approach is proposed, which enables a quantification of the resulting measurement uncertainties due to light refraction. As an example, the measurement approach is applied to a premixed propane flame. The uncertainty analysis is based on the determination of occurring particle position errors due to light refraction inside the flame. For three different measurement planes, the velocity field is measured with PIV and the particle position errors are experimentally measured and verified by ray-tracing simulation based on the measured refractive index field, which is determined by the background-oriented Schlieren method. In the examined flow, maximal position errors amount up to 14 μm and yield significant systematic velocity errors of up to 4% and random velocity errors of up to 6%. In contrast to the systematic velocity error, the random velocity error varies significantly for the analyzed measurement planes inside the flame flow.Wissenschaftlicher ArtikelBand:60106 71 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item-typ:Veröffentlichung, In-Prozess-Charakterisierung spiegelnder Oberflächen mit Laserstreulicht und leistungsfähiger Hardware(De Gruyter Oldenbourg, 2017-02-24); ; ; ; Laserstreulichtmessungen auf der Basis von Specklekorrelationsverfahren charakterisieren Gestaltabweichung opaker, technischer Oberflächen auf der Mikro- und Nanometerskala. Anhand eines einzigen Streulichtbildes lässt sich die Rauheit eines mit Laserlicht beleuchteten Oberflächenbereiches mit mehreren Millimetern Durchmesser quantitativ bewerten. Mit hohen Laser-Lichtleistungen, kurzen Belichtungszeiten und einer Kamera mit hoher Bildrate lassen sich in laufenden Fertigungsprozessen „scharfe“ Bilder erzeugen, die für die rauheitsbezogene Bildauswertung geeignet sind. Die Bildauswertealgorithmen lassen sich für die Implementierung auf einer leistungsfähigen Hardware (FPGA – Field Programmable Gate Array) anpassen. Dies ermöglicht fertigungsnahe und In-Prozess-Rauheitsmessungen an technischen Oberflächen in Echtzeit mit einer Messrate von über 1,3 kHz und einer lückenlosen Oberflächenabdeckung von nahezu 4m2/min bei einer Bewegungsgeschwindigkeit von 1600m/min. Der vorliegende Beitrag beschreibt den Aufbau und die Funktionsweise eines In-Prozess-Laserstreulichtmesssystems für die Charakterisierung schnell bewegter, spiegelnder Oberflächen und stellt erste Messergebnisse vor.Wissenschaftlicher ArtikelBand:84Heft:991 77 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item-typ:Veröffentlichung, Revealing the impact of laser-induced breakdown on a gas flow(IOP Publishing, 2019-11-15); ; ; Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) is an optical, and thus non-contact, but not non-invasive, measurement technique. Investigating the impact of laser-induced breakdown on a gas flow, combined LIBS and particle image velocimetry (PIV) measurements are performed. In the considered laminar air flow, the induced velocity field disturbance has an extent of about 0.7 cm with magnitudes up to 0.9 ms−1. As a further result, the combination of LIBS with other measurement techniques or high-speed LIBS measurements are found to require a minimal time delay of about 500 s in order to ensure influence of the preceding LIBS pulse on the considered gas flow of about 10 % relative velocity deviation. For a reduction to 0 % relative velocity deviation a time delay of about 20 ms is estimated for the investigated flow. Smaller time delays may occur in turbulent flows or flows with higher velocities.Wissenschaftlicher ArtikelBand:31Heft:2109 113 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item-typ:Veröffentlichung, Speckle photographic in-process measurement of three-dimensional deformations in running manufacturing processes(Society of Photo‑Optical Instrumentation Engineers (SPIE), 2021-06-20); ; -KonferenzbeitragBand:117821459 1422 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item-typ:Veröffentlichung, In-process roughness quality inspection for metal sheet rollingA reliable in situ inspection of working rolls’ surface quality requires fast roughness measurements with >0.5 m2/min on a nanometer scale. A speckle-based measurement approach is realized using a high-speed pulse laser and FPGA-based image processing to inspect surface areas with a diameter of 1 cm without motion blur with 200 Hz. As a result, a roughness resolution below 0.5 nm is demonstrated under manufacturing conditions, which mainly results from light source intensity fluctuations. The surface quality inspection is finally validated on the rolling wheel in a reconditioning process to detect the tool roughness distribution and respective tool wear.Wissenschaftlicher ArtikelBand:68Heft:183 74