Behrends, Gert
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Item-typ:Veröffentlichung, Berührungslose kontinuierliche Topografiemessung auf bewegten Körpern(2023-04-28); ; ; Materialoberflächen sind ein wichtiges Qualitätsmerkmal vieler Produkte. Um schon während der Produktion auf Defekte reagieren zu können, ist eine prozessnahe Messung der Oberflächeneigenschaften anzustreben. Zur Messung von hochqualitativen Oberflächen ist die Weißlichtinterferometrie (WLI) etabliert. Mit ihr sind Topografiemessunsicherheiten in der Größenordnung einzelner Nanometer möglich. Die am weitesten verbreitete Umsetzung des WLI-Prinzips für Topografiemessungen ist die vertikal scannende WLI (VSWLI), die allerdings stillstehende Messobjekte voraussetzt. Die lateral scannende WLI (LSWLI) liefert einen Lösungsansatz für Messungen an sich geradlinig bewegenden Oberflächen. Das Ziel der Arbeit ist, die LSWLI zu befähigen, auch auf kontinuierlich rotierenden Körpern messen zu können. Für die rotatorische LSWLI wird die Form des kreisförmigen Scanpfads der Messobjekte in die Berechnung der Höhe miteinbezogen. Die Höhenunsicherheit hängt dabei von den Winkeln des Scanpfads im Bereich des Sensors ab. Bei der Ausrichtung des Messgeräts auf den Scanpfad ist ein Kompromiss zwischen niedriger Höhenunsicherheit und großem Messbereich zu finden. Mit einer Waveletanalyse des LSWLI-Signals lassen sich die lokalen Krümmungswinkel des Scanpfads berechnen, wodurch nur mit demonstratoreigenen Daten Topografien ausgewertet werden können. Simulationen zu den Auswirkungen der Scanbewegung auf die Höhenunsicherheit zeigen, dass der Einfluss der Unsicherheit der Bewegungsmessung um rund eine Größenordnung größer ist, als der Einfluss von Schwankungen der Scanbewegung selbst. Aus diesem Grund ist ein genaues Verschiebungsmesssystem gefordert. Mit einem integrierten, specklebasierten Verschiebungsmesssystem wurden Messunsicherheiten von 11 nm erreicht. Experimentell wurden mit dem entstandenen Demonstrator Topografien von technischen Oberflächen gemessen, welche Höhendifferenzen zu VSWLI-Messungen mit Standardabweichungen von 37,5 nm aufwiesen. Die Beispielanwendung auf Kugellagerinnenringen demonstriert die Fähigkeit zu kontinuierlichen Topografiemessungen mit hoher Wiederholbarkeit. Die prozessnahe Anwendung an Dressierwalzen zeigt das Potenzial des Messsystems für Topografiemessungen an schnell rotierenden Oberflächen in Fertigungsumgebungen.Dissertation341 235 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item-typ:Veröffentlichung, Indirect geometry measurement method based on confocal microscopy and fluorescent microparticles(Society of Photo‑Optical Instrumentation Engineers (SPIE), 2023-08-15); ; ; The precise production of micro- or micro-structured components of increasingly different materials requires ever more precise and flexibly adjustable geometry measurement methods. Today’s optical metrology offers various innovative approaches for this purpose. A major shortcoming is, however, that not all surfaces and structures to be measured are optically cooperative and return too little light or information to the measurement system for the signal analysis. Therefore, indirect optical geometry measurements are introduced as a new approach: Instead of directly detecting the outer boundary layer of the measuring object, the shape of the object’s imprint in the surrounding medium is examined. For this purpose, the surrounding medium is enriched with fluorescent substances and a confocal microscope scans the space surrounding the measured object. The spanned area above which the fluorescence signal disappears is then determined as the boundary layer between the measurement object and the surrounding medium. As a result, the object geometry is obtained completely independently of the optical response behavior of the object. While first realizations studied measurements in a liquid environment, this work demonstrates for the first time the feasibility of indirect optical geometry measurements in air environments with the aid of fluorescent microparticles. In order to maximize the measurement accuracy, different model-based signal evaluation approaches for determining the interface geometry from the fluorescence signals are investigated and compared, taking both cases (liquid and air environment) into account. Finally, indirect optical measurements are performed on a step geometry, reconstructing the height profiles using the theoretically derived model function.Wissenschaftlicher Artikel83 87 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item-typ:Veröffentlichung, Lateral scanning white-light interferometry on rotating objectsWhite-light interferometry (WLI) has been widely established as a contact-free measurement method for surface topographies. While the widespread vertical scanning approach provides a height resolution of under 1 nm, it is not suitable for measurements on objects in motion. An alternative for moving surfaces is laterally scanning white-light interferometry (LSWLI). Though LSWLI allows to measure objects in motion, the measurement on rotating, curved objects is still challenging, since the tilt angle between the optical axis of the WLI and the surface normal varies over the field of view, and the height evaluation strongly depends on the tilt angle that needs to be calibrated. For this reason, an enhancement of the signal evaluation is proposed that enables LSWLI measurements on rotating objects, cylinders in particular, without a preceding calibration of the tilt angle distribution in the field of view. This was achieved by enhancing a self-calibration algorithm originally developed for linearly scanned, plane surfaces with spatially resolved time-frequency analysis. Using this self-calibrating algorithm, the local tangent surface angles present in the field of view of the LSWLI are retrieved and used to calculate the micro topography of a cylindrical specimen. These topography data contain no information on the global shape of the object, therefore shape-removal algorithms, as needed for VSWLI measurements, are not necessary. As a byproduct of the angle evaluation, the radius of the cylindrical specimen can be determined in addition. The comparison with VSWLI reference data finally shows that the LSWLI setup is able to produce similar topography results despite the much inferior hardware.Wissenschaftlicher ArtikelBand:8Heft:3134 125