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tm - Technisches Messen
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Item-typ:Veröffentlichung, Temperature and pressure effects on the response behavior of anemometersCup anemometers are within the most used wind speed sensors for the wind energy industry. Wind tunnel calibrations under controlled conditions are required, but during operation uncontrolled environmental conditions occur. This is accounted for in the IEC 61400-50-1:2022 international wind measurements standard, which specifies sensor classification based on their response to external conditions, due to the influence parameters turbulence, air temperature, density, and upflow angle. Temperature and density effects are not covered appropriately in the IEC 61400-50-1:2022, since it assumes that air temperature only influences the bearing friction of a cup anemometer. No guidance is provided on evaluating variations in density, which depends on temperature and pressure. To investigate this, two cup anemometers are measured in Deutsche WindGuard’s Climatic Wind Tunnel, where density is changed by varying pressure and temperature independently. The results show that the sensor’s response to temperature can have other effects than an increase in ball bearing friction. Using pressure or temperature to modify density can even cause opposing results. Hence, varying temperatures and pressures independently is crucial to characterize a sensor’s response. The results correspond to cup anemometers, but the methodology is applicable on all sensors.Wissenschaftlicher ArtikelBand:90Heft:9140 123 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item-typ:Veröffentlichung, Metrological nanopositioning combined with two-photon direct laser writing(De Gruyter, 2022-04-14); ; ; ; The extension of nanopositioning and nanomeasuring machines (NPM-machines) to fabrication machines by using a femtosecond laser for the implementation of direct laser writing by means of two-photon absorption (2PA) is a promising approach for cross-scale metrological fabrication in the field of lithographic techniques [24]. To this end, a concept for integrating two-photon technology into an NPM machine was developed and implemented, followed by a characterization of the system and targeted investigations to provide evidence for the synergy of the two techniques. On this basis, a new approach to high-throughput micro- and nano-fabrication was developed and investigated, demonstrating new possibilities in cross-scale, high-precision manufacturing [6]. This mixand-match approach is based on a combination of 2PA laser writing with field emission lithography to fabricate masters for subsequent nanoimprint lithography. Not only the advantages of the large positioning range of the NMM-1 could be highlighted, but also the advantages resulting from the highly accurate positioning. A systematic reduction of the distance between two adjacent lines resulted in a minimum photoresist width of less than 30 nm [16], which can be classified among the smallest distances between two laser-written lines described in the literature [4, 10, 20]. The center-to-center distance of the lines of about 1.695 μm at a numerical aperture of 0.16 and a wavelength of 801 nm is only about 56 % of the Rayleigh diffraction limit extended for the two-photon process. Thus, for the first time, a resist width far below the diffraction limit could be realized with conventional two-photon laser writing in positive photoresist.Wissenschaftlicher ArtikelBand:89Heft:7-8129 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item-typ:Veröffentlichung, The coherence function and its information content for optical metrology(De Gruyter Oldenbourg, 2022-05-24); ; ; ; The coherence function offers new possibilities for optical metrology that are not available with conventional wave field sensing. Its measurement involves a spatio-temporal sampling of the wave fields modulated by the object under investigation. Temporal sampling is well known e. g. by means of White Light Interferometry (WLI) and spatial sampling can e. g. performed by Computational Shear Interferometry (CoSI). The present paper describes an approach that combines both temporal and spatial sampling using a robust common-path setup. While the evaluation of the coherence function is more elaborate than approaches that either sample the temporal or the spatial domain, an information theoretical treatment shows that it also delivers more information about the object under investigation. Our approach is based on the mutual information that represents the reduction of uncertainty about the object as a consequence of the measurements performed. Using a simplified measurement case, we calculate the mutual information for different measurement situations and demonstrate that spatio-temporal sampling of the coherence function results in a higher mutual information as compared to classical approaches. Based on the proposed approach, we identify further open research tasks for an efficient information extraction from the coherence function to surpass current limitations of optical metrology.Wissenschaftlicher ArtikelBand:89Heft:6102 96 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item-typ:Veröffentlichung, Scalable multi-distance measurement approach for the optical assessment of tooth-individual shape parameters of large gearingsThe demand for scalable measuring systems for the fast measurement of tooth-individual shape parameters of large gears is increasing. Due to a limited measuring speed and a limited measuring volume, standard tactile gear measuring systems are only conditionally suitable for comprehensive measurements of large gears. Therefore, the applicability of a scalable optical multi-distance measurement approach consisting of an optical sensor and a rotary table with a model-based evaluation is studied. As a fundamental gear shape parameter, the base circle radius of a large gearing is evaluated and the achievable measurement uncertainty is estimated. As a result, the tooth-individual base circle radius is determined on average with an expanded measurement uncertainty (k = 2) of one quarter of the required tolerance, and the realized measurement setup enables the measurement of all teeth within 1 minute. Hence, the scalable optical multi-distance measurement approach is appliacable for the fast measurement of tooth-individual shape parameters of large gearings.Wissenschaftlicher ArtikelBand:89Heft:7-895 86 - 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 79 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
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:3216 169 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item-typ:Veröffentlichung, Die Biometrie des Auges als Ursache für systematische Messabweichungen bei der akustischen TonometrieZur Glaukomtherapie ist eine Überwachung des Augeninnendrucks erforderlich, wofür ein akustisches Selbsttonometer entwickelt worden ist. Die Laborversuche an Schweineaugen und die Patientenmessungen in einer klinischen Versuchsreihe belegen jedoch signifikante Querempfindlichkeiten von den biometrischen Parametern des Auges auf den gemessenen Augeninnendruck. Um die Individualität der Augen in der Auswertung der Messdaten zu berücksichtigen, werden Finite-Elemente-Simulationen des Auges für unterschiedliche geometrische Ausprägungen durchgeführt. Anhand der Simulationsergebnisse wird der Einfluss der Augengeometrie auf die Messunsicherheit des zu messenden Augeninnendrucks quantifiziert. Dadurch lässt sich bei Kenntnis der individuellen Augengeometrie des Patienten die systematische Messabweichung des Augeninnendrucks signifikant reduzieren und für das akustische Selbsttonometer eine Messunsicherheit in der Größenordnung aktueller klinischer Tonometer erzielen.Wissenschaftlicher ArtikelBand:86Heft:482 52 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item-typ:Veröffentlichung, Methode zur Erfassung periodischer Sub-Wellenlängen-Nanostrukturen für den In-Prozess-Einsatz(De Gruyter Oldenbourg, 2017-11-13); ; ; Das Verfahren der Scatterometrie bie-tet das Potenzial periodische Nanostrukturen wie z.B.Gitter prozessintern zu prüfen. Allerdings liefert es keine Topografiedatensätze, sondern nur Oberflächenparameter wie z.B. die Stegbreite einer Nanostruktur und dies auch nur, sofern der Zusammenhang zwischen Streulichtverteilung und Oberflächenparametern durch Untersuchungen bekannt ist. Dieser Beitrag beschreibt einen Scatterometrie-Ansatz zur nanometergenauen In-Prozess-Erfassung der lokalen Höhen eines sinusförmigen Nanogitters. Da der Zusammenhang zwischen der Gitterhöhe und der resultierenden Streulichtverteilung nicht bekannt war, wurde der Streuprozess mit einem numerischen Modell für unterschiedliche Oberflächen und Messparameter simuliert. Im Ergebnis ergaben sich ein Messaufbauund eine Messmethodik, mit denen eine eindeutige Messung der Gitterhöhe bis 500 nm erreicht wurde. Zusätzlich wurde die Unsicherheit des Messansatzes basierend auf den Simulationsergebnissen für unterschiedliche Mess- und Simulationsparameter, wie z. B. den Einfallswinkel und die Laserwellenlänge, untersucht. Die resultierende Messunsicherheit der Gitterhöhe ist gegenwärtigdurch unbekannte systematische Messabweichungen limitiert und beträgt bei der Verwendung von Laserlicht im sichtbaren Wellenlängenbereich ≤ 8nm. Eine experimentelle Überprüfung des Messansatzes mit einem Laboraufbau konnte die Sensitivität für die Identifizierung von lokalen Abweichungen der Gitterhöhe belegen. Bei der Verwendung eines angepassten Detektionssystems für die Streulichtverteilung sind prinzipiell Messraten bis in den MHz-Bereich erreichbar, so dass der Ansatz für In-Prozess-Anwendungen geeignet ist.Wissenschaftlicher ArtikelBand:85Heft:294 46 - 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