Mess- und Auswertestrategien zur modellbasierten Bewertung funktionaler Eigenschaften mikrostrukturierter Oberflächen

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus4-55284
  • Funktionale Mikrostrukturen tragen zur Optimierung von Produkten bei, wodurch diese effizienter, aber auch hinsichtlich der Tolerierung, der Fertigung und der Qualitätssicherung komplexer werden. Herkömmliche Toleranzkonzepte für die Spezifikation und Verifikation von geometrischen Merkmalen, wie ISO GPS, stoßen im Mikro- und Nanometerbereich an ihre Grenzen, da Wirkzusammenhänge zwischen geometrischen und nicht-geometrischen Merkmalen, welche die Funktionsfähigkeit eines Werkstücks signifikant beeinflussen, nicht mehr ausreichend abgebildet werden können. Im konstruktionsorientierten Verifikationsprozess werden so nur genormte Kenngrößen unabhängig voneinander erfasst und bewertet. EineFunktionale Mikrostrukturen tragen zur Optimierung von Produkten bei, wodurch diese effizienter, aber auch hinsichtlich der Tolerierung, der Fertigung und der Qualitätssicherung komplexer werden. Herkömmliche Toleranzkonzepte für die Spezifikation und Verifikation von geometrischen Merkmalen, wie ISO GPS, stoßen im Mikro- und Nanometerbereich an ihre Grenzen, da Wirkzusammenhänge zwischen geometrischen und nicht-geometrischen Merkmalen, welche die Funktionsfähigkeit eines Werkstücks signifikant beeinflussen, nicht mehr ausreichend abgebildet werden können. Im konstruktionsorientierten Verifikationsprozess werden so nur genormte Kenngrößen unabhängig voneinander erfasst und bewertet. Eine ganzheitliche, mehrdimensionale Bewertung erfasster Messdaten hinsichtlich einer funktionsorientierten Konformitätsentscheidung fehlt. Die vorliegende Arbeit zeigt einen Ansatz zur Lösung dieses Defizites mittels einer übertragbaren Methode zur modellbasierten und auf Oberflächenmessdaten beruhenden prädikativen Beurteilung des Grades der zu erwartenden Funktionsfähigkeit strukturierter Werkstückoberflächen. Die Grundlage bildet ein mathematisch-physikalisches Modell der Funktion, das funktionale Zusammenhänge einer Mikrostruktur beschreibt und mit dem die Funktionsfähigkeit basierend auf Oberflächenmesswerten prognostiziert wird. Ferner werden zur effizienten Weiterverarbeitung von Messdaten in Simulationen universelle, segmentierungsbasierte Auswerteverfahren für die automatische Merkmalextraktion von Regelgeometrien strukturierter Topografien bereitgestellt. Am Beispiel der Mikrostruktur einer Druckwalze wird demonstriert, dass mit diesem modellbasierten Lösungsansatz funktional wichtige Parameter identifiziert werden können und die Funktionsfähigkeit der Topografie fundierter beurteilt werden kann.show moreshow less
  • Functional microstructures contribute to the optimization of products, making them more efficient, but also in terms of tolerancing, manufacturing and quality assurance more complex. Conventional tolerance concepts for the specification and verification of geometric features, like ISO GPS, seem to reach to their limits in the micro-and nanometer range, since function-dominating relationships between geometric and non-geometric features cannot be described adequately. Thus, in the design-oriented verification process only standardized parameters are measured and evaluated independently. A holistic, multidimensional assessment of measurement data in terms of a function-oriented conformityFunctional microstructures contribute to the optimization of products, making them more efficient, but also in terms of tolerancing, manufacturing and quality assurance more complex. Conventional tolerance concepts for the specification and verification of geometric features, like ISO GPS, seem to reach to their limits in the micro-and nanometer range, since function-dominating relationships between geometric and non-geometric features cannot be described adequately. Thus, in the design-oriented verification process only standardized parameters are measured and evaluated independently. A holistic, multidimensional assessment of measurement data in terms of a function-oriented conformity decision is missing. This work introduces an approach for the elimination of this shortcoming by means of a holistic, model-based evaluation method for the functional ability of microstructured surfaces in the context of the entire manufacturing process chain. The method is based on a mathematical-physical model of the function, which is used to describe functional relationships of the microstructure and is able to predict its functional ability based on surface measurements. For an efficient processing of measurement data in simulations, a universal, segmentation-based evaluation method is provided for the automated extraction and assessment of functional features of structured topographies. Using the example of a printing roll, it was demonstrated that parameters, which are crucial for the function, could be identified with this method and thus the functionality of the topography can be assessed more reliably.show moreshow less

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Metadaten
Author:Wito Daniel Hartmann
URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus4-55284
Referee:Albert Weckenmann, Stephanus Büttgenbach
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2014
Publishing Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Granting Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Date of final exam:2014/12/02
Release Date:2014/12/10
Tag:Oberflächenmesstechnik, funktionsorientiertes Messen, modellbasiertes Prüfen, Mikrostruktur
SWD-Keyword:Messtechnik
Pagenumber:145
Institutes:Technische Fakultät
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
open_access (DINI-Set):open_access
Licence (German):Creative Commons - CC BY-NC-SA - Namensnennung - Nicht kommerziell - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 3.0