IWT LFM IfS 1 Klausurtagung SFB 747 am 24. + 25.09.2008 in
Barnstorf N. Wang (BIAS) K. Lbke (BIMAQ) A. Kirchheim (BIBA) B5
Sichere Prozesse Teilprojektleiterwiss. Mitarbeiter C. v. Kopylow
(BIAS) G. Goch (BIMAQ) B. Scholz-Reiter (BIBA) IWT LFM IfS 2 Ziel
Qualittsprfung des Mikroumformprozesses Entwicklung einer optischen
Messtechnik zur schnellen Formerfassung des Mikrobauteils (Wang)
Wechselwirkung zwischen Messunsicherheit undProzessfhigkeit (Lbke)
Qualittsprfung und Qualittslenkung in Mikrofertigungs- prozessen
(Kirchheim) B5 Sichere Prozesse IWT LFM IfS 3 20072008 20092010
Arbeitspakete AP 1: Projekt-AK Sichere Prozesse (Alle) AP
2:Holografische Mikroskopie (Wang) B5 Sichere Prozesse AP
3:Implementation digitaler Holografie (Wang) AP 4:Gewinnung
Formdaten (Wang) AP 5:Kalibrierung und Validierung (Wang) Soll Soll
Soll Soll Soll IWT LFM IfS 4 Ziel Grundlegende Voruntersuchungen fr
den Einsatz der digitalen Holografie Verfahrenssimulation:
Geometrie erreichbare Auflsung Oberflchencharakteristika:
Streuverhalten Strahlquellen: Zusammenhang zwischen Wellenlnge und
Rauheit B5 Sichere Prozesse Arbeitspaket 02 IWT LFM IfS 5
Arbeitspaket 02 Das zu messende Mikrobauteil B5 Sichere Prozesse
Messungsverfahren: Triangulationssensoren -spiegelnder Sensor
-diffuser Sensor -mit Halterung Interferometer Mikroskop IWT LFM
IfS 6 Arbeitspaket 02 Messung mit spiegelndem Sensor B5 Sichere
Prozesse
Ungefhr 6 Stunden Messdauer mit 1250 x 1250 und 1 m Strukturen
erkennbar Das Oberteil kann gemessen werden IWT LFM IfS 7
Arbeitspaket 02 Messung mit diffusem Sensor B5 Sichere Prozesse
Ungefhr 2 Stunden Messdauer mit 512 x 512 und 5 m Form wird oben
und unten erfasst Der berwiegende Teil der Kante kann nicht
gemessen werden IWT LFM IfS 8 Arbeitspaket 02 Einsatz einer
Halterung B5 Sichere Prozesse drehbar gelagert; Einstellbare
Position jeweils in Winkelschritten von 30 Spitze zur Aufnahme des
Napfbauteils IWT LFM IfS 9 Arbeitspaket 02 Mit diffusem Sensor und
HalterungB5 Sichere Prozesse IWT LFM IfS 10 Arbeitspaket 02 Mit
diffusem Sensor und HalterungB5 Sichere Prozesse Ungefhr 2 St.
Messdauer fr jede Messung Die Kante des Napfes kann gemessen werden
zu aufwendig Strukturen schwer erkennbar IWT LFM IfS 11
Arbeitspaket 02 Messung mit digitaler Interferometrie B5 Sichere
Prozesse
Zweiwellenlngenmethode (570 nm und 575 nm) Messdauer ca. 10 s
Messung der Oberflche, Strukturen erkennbar Kanten nicht messbar
wegen hoher Krmmung IWT LFM IfS 12 Arbeitspaket 02 Messung mit
Mikroskop (Fa. Keyence) B5 Sichere Prozesse
IWT LFM IfS 13 Arbeitspaket 02 Versuchsgeometrie in Simulation
B5 Sichere Prozesse Parameter: Strahlengnge N.A. Winkel zwischen
Objekt- und Referenzstrahl Specklegre Abtasttheorem Auflsung IWT
LFM IfS 14 Arbeitspaket 02 Numerische Apertur (N.A.) B5 Sichere
Prozesse FLinseObjektWDWD: Arbeitsabstand: Halber
ffnungswinkelN.A.: sin()IWT LFM IfS 15 Arbeitspaket 02 Winkel
zwischen Objekt- und Referenzstrahl B5 Sichere Prozesse BlendeF
FFFBlendeLinseObjektObjektBildBildmaxCCDmaxCCDZZIWT LFM IfS 16
Arbeitspaket 02 Specklegre S B5 Sichere Prozesse
AZS=FFBlendeObjektBildmaxCCDZVerhltnis W zwischen Specklegre S und
Pixelgre K 2 >A=KSWIWT LFM IfS 17 Arbeitspaket 02 erreichbare
Auflsung B5 Sichere Prozesse GBZObj= A'BlendeCCD mit Lnge/Breite
BZG mal vergrertes BildIWT LFM IfS 18 Arbeitspaket 02 B5 Sichere
Prozesse Erkenntnisgewinn Untersuchung der
Oberflchencharakteristika durch Triangulationssensoren,
Interferometrie und Mikroskop. Wechselwirkung zwischen Parameter
der Versuchsgeometrie und Auflsung. Festlegung der mglichen
Geometrien nach Simulationsergebnis der Auflsung. Ausblick
Streuverhalten der Mikrobauteile zu untersuchen Diese mgliche
Geometrien am Laborsaufbau zu testen IWT LFM IfS 19 B5 Sichere
Prozesse Arbeitspaket 03 Ziel Laboraufbau zur Messung der Geometrie
der Mikrobauteile zu realisieren Erstellung des auf die MUM
bertragbaren Laboraufbaus: Testen unterschiedlicher Geometrien (aus
AP2) Ermittelung der erreichbaren Auflsung und Kalibrierung Analyse
der Messunsicherheit fr unterschiedlichen Bauteile und
Aufbaugeometrien IWT LFM IfS 20 Arbeitspaket 03 Laboraufbau B5
Sichere Prozesse Geometrie mit bestimmten Parameter aus AP2
Auflsung IWT LFM IfS 21 Ziele Entwicklung einer optischen
Messtechnik zur schnellen Formerfassung des Mikrobauteils (Wang)
Bereitstellung simulierter Bauteildaten (AP 6) Untersuchung der
Unsicherheiten (AP 7) Messunsicherheit (zufllig/systematisch)
Auswertungsalgorithmen (Approximation) Wechselwirkung zwischen
Messunsicherheit und Prozessfhigkeit (AP 8) Zustzliche berprfung
der Hologramme mit KNN (Kirchheim) Qualittslenkung (Kirchheim) B5
Sichere Prozesse IWT LFM IfS 22 20072008 20092010 Arbeitspakete AP
6: Erstellen von Bauteildaten mittels Simulation (Lbke) AP
7:Untersuchung der Unsicherheit bei der Berechnung von
geometrischen Kenngren (Lbke) B5 Sichere Prozesse AP 8:Untersuchung
der Wechsel-wirkung zwischen Messunsicherheit und Prozessfhigkeit
(Lbke) Soll Soll Soll IWT LFM IfS 23 Arbeitspaket 06 Simulation von
Testprofilen mit bekannten Eigenschaften zur berprfung der
Approximationsalgorithmen Simulation von Testprofilen B5 Sichere
Prozesse Kreis Zylinder Extra-punkt IWT LFM IfS 24 Arbeitspaket 06
Simulation komplettes Mikroumformbauteil mit definierten zuflligen
Unsicherheiten, zuknftig auch Welligkeiten. B5 Sichere Prozesse
-0.500.5-0.8-0.6-0.4-0.200.2-0.500.51x-axisy-axisz-axis45 Prinzip
der Messung mit digitaler Holografie z in w.E. x in w.E. y in w.E.
IWT LFM IfS 25 Arbeitspaket 06 B5 Sichere Prozesse Abschtzung der
Messunsicherheit der digitalen Holografie (Wang) In welcher
Richtung wirkt sich die Messunsicherheit aus? (Wang) Anpassung der
simulierten Profile an die reale Messtechnik Wie kann man die
einzelnen Geometrie-Elemente einer Punktwolke separieren? (nicht im
Antrag)
-0.500.5-0.8-0.6-0.4-0.200.2-0.500.51x-axisy-axisz-axisZylinder,
Torus, Ebene IWT LFM IfS 26 Arbeitspaket 07 1. Anzahl (Mess-)
Punkte > Freiheitsgrade der Approximation berbestimmtes
Gleichungssystem 2. Lsen durch Minimieren der Abstnde vom Element
3. Approximation nach Zielfunktion B5 Sichere Prozesse R (X, Y) di
Beispiel: Kreis in 2D Position im Raum: Mittelpunkt (X, Y) Element
Parameter: Radius R di: Abstand des (Mess-) Punktes mit Index i IWT
LFM IfS 27 . :21122Min d Q Norm Lnii G((
= =Zielfunktionen in der Geometrie-Messtechnik: Gau
Tschebyscheff B5 Sichere Prozesse . sup : Min d Q Norm Ti T =
weitverbreitet in der Geometrie-Messtechnik beispielsweise
Formabwei-chungen, MI/MC Elemente (Ma und Bezugselemente)
Arbeitspaket 07 IWT LFM IfS 28 Arbeitspaket 07 Approximation von
Gau-, Tschebyscheff- A Hll- (Minimum Circumscribed) B
Pferchelementen (Maximum Inscribed) C B5 Sichere Prozesse t (X, Y)
(X, Y) R R R t: Rundheitsabweichung nach DIN ISO 1101 A B C IWT LFM
IfS 29 0 5 10 15 20-10-50510x-axisy-axisArbeitspaket 07
Tschebyscheff-Kreis B5 Sichere Prozesse (X,Y) R y in w.E. x in w.E.
IWT LFM IfS 30 Arbeitspaket 07 B5 Sichere Prozesse 0 5 10 15
20-10-50510x-axisy-axis(X,Y) R 0 5 10 15
20-10-8-6-4-20246810x-axisy-axisR Pferchkreis Hllkreis (X,Y) y in
w.E. x in w.E. y in w.E. x in w.E. IWT LFM IfS 31 Arbeitspaket 07
Weitere Beispiele PferchzylinderHllkugelTschebyscheff-Ebene B5
Sichere Prozesse IWT LFM IfS 32 Arbeitspaket 07 B5 Sichere Prozesse
Abschtzung der Unsicherheit fr Tschebyscheff-, Hll- und
Pferchelemente allgemeingltiger Ansatz Approximation von
Kegel/Torus und entsprechenden Hll-/Pferchelementen Wie kann man
die einzelnen Geometrie-Elemente einer Punktwolke separieren?
(nicht im Antrag) IWT LFM IfS 33 Arbeitspaket 08 Jetziger Stand:
Neue DIN ISO 21747 (2007) bietet vereinfachtes Formelwerk fr
Prozessleistungsgren Neben Normalverteilung auch andere
Verteilungen Annahme: Prozesse beherrscht Untersuchung groe Anzahl
Bauteile MUM B5 Sichere Prozesse IWT LFM IfS 34 Arbeitspaket 08
Weiteres Vorgehen: Auftretende Unsicherheiten Approximation
Messunsicherheit Untersuchung der stat. Methoden in GUM (DIN V ENV
13005) Untersuchung der stat. Methoden in DIN ISO 21747 Sind
Auswertemethoden in GUM und DIN ISO 21747 redundant vorhanden? B5
Sichere Prozesse IWT LFM IfS 35 Arbeitspaket 08 Weiteres Vorgehen:
Diskussion mit IfS (Wosniok) Ausblick Simulation einer
Serienfertigung, beispielsweise Durchmesser eines Npfchens
Auswertung B5 Sichere Prozesse IWT LFM IfS 36 Ziel: Welche
Mikrogeometrien sind mglich? Wie knnen Mikrobauteile gespannt
werden? Welches Equipment bietet diese Mglichkeit? Keine
kurzfristige Lsung fr die Messung eines Mikronapfes auf vorhandenen
Messgerten B5 Sichere Prozesse OberflchenmesstechnikMikrobauteile
Geometrie-Messtechnik (Ma, Form- und Lageabweichungen) > >
Aktueller Stand Messung von Mikrobauteilen oder Makrobauteilen mit
Mikroeigenschaften IWT LFM IfS 37 Aktueller Stand Messung von
Mikrobauteilen oder Makrobauteilen mit Mikroeigenschaften B5
Sichere Prozesse Mitutoyo CS-5000H CNC Mahr Primar MX4 Mahr PGK 120
Mahr LD 120 Leitz Ref. 10.7.6/B4 IWT LFM IfS 38 Aktueller Stand
Messung von Mikrobauteilen oder Makrobauteilen mit
Mikroeigenschaften Tiefziehwerkzeuge im SFB 747 B5 Sichere Prozesse
B3B3B3 auf Primar MX4 > 0.5mm R R IWT LFM IfS 39 Aktueller Stand
Messung von Mikrobauteilen oder Makrobauteilen mit
Mikroeigenschaften Tiefziehstempel B5 Sichere Prozesse IWT LFM IfS
40 Aktueller Stand Messung von Mikrobauteilen oder Makrobauteilen
mit Mikroeigenschaften Tiefziehring B5 Sichere Prozesse IWT LFM IfS
41 Simulation von Tiefenbildern B5 Sichere Prozesse
Approximationsalgorithmen und Knstliche Neuronale Netze D
