Klausurtagung SFB 747 am 24. + 25.09.2008 in Barnstorf

1. Klausurtagung SFB 747am 24. + 25.09.2008 in Barnstorf B5 Sichere Prozesse Teilprojektleiter wiss. Mitarbeiter C. v. Kopylow (BIAS) G. Goch (BIMAQ) B. Scholz-Reiter (BIBA) N. Wang (BIAS) K. Lübke (BIMAQ) A. Kirchheim (BIBA)

2. B5 Sichere Prozesse Ziel Qualitätsprüfung des Mikroumformprozesses • Entwicklung einer optischen Messtechnik zur schnellen Formerfassung des Mikrobauteils (Wang) • Wechselwirkung zwischen Messunsicherheit und Prozessfähigkeit (Lübke) • Qualitätsprüfung und Qualitätslenkung in Mikrofertigungs- prozessen (Kirchheim)

3. 2009 2010 2007 2008 B5 Sichere Prozesse Arbeitspakete AP 1: Projekt-AK‚ Sichere Prozesse (Alle) Soll AP 2: Holografische Mikroskopie (Wang) Soll AP 3: Implementation digitaler Holografie (Wang) Soll AP 4: Gewinnung Formdaten (Wang) Soll AP 5: Kalibrierung und Validierung (Wang) Soll

4. B5 Sichere Prozesse Arbeitspaket 02 • Ziel • Grundlegende Voruntersuchungen für den Einsatz der digitalen Holografie • Verfahrenssimulation: Geometrie  erreichbare Auflösung • Oberflächencharakteristika: Streuverhalten • Strahlquellen: Zusammenhang zwischen Wellenlänge und Rauheit

5. Arbeitspaket 02 B5 Sichere Prozesse Das zu messende Mikrobauteil • Messungsverfahren: • Triangulationssensoren • -spiegelnder Sensor • -diffuser Sensor • -mit Halterung • Interferometer • Mikroskop

6. Arbeitspaket 02 B5 Sichere Prozesse Messung mit spiegelndem Sensor • Ungefähr 6 Stunden Messdauer mit 1250 x 1250 und 1 µm • Strukturen erkennbar • Das Oberteil kann gemessen werden

7. Arbeitspaket 02 B5 Sichere Prozesse Messung mit diffusem Sensor • Ungefähr 2 Stunden Messdauer mit 512 x 512 und 5 µm • Form wird oben und unten erfasst • Der überwiegende Teil der Kante kann nicht gemessen werden

8. Arbeitspaket 02 B5 Sichere Prozesse Einsatz einer Halterung drehbar gelagert; Einstellbare Position jeweils in Winkelschritten von 30° Spitze zur Aufnahme des Napfbauteils

9. Arbeitspaket 02 B5 Sichere Prozesse Mit diffusem Sensor und Halterung

10. Arbeitspaket 02 B5 Sichere Prozesse Mit diffusem Sensor und Halterung • Ungefähr 2 St. Messdauer für jede Messung • Die Kante des Napfes kann gemessen werden • zu aufwendig • Strukturen schwer erkennbar

11. Arbeitspaket 02 B5 Sichere Prozesse Messung mit digitaler Interferometrie • Zweiwellenlängenmethode (570 nm und 575 nm) • Messdauer ca. 10 s • Messung der Oberfläche, Strukturen erkennbar • Kanten nicht messbar wegen hoher Krümmung

12. Arbeitspaket 02 B5 Sichere Prozesse Messung mit Mikroskop (Fa. Keyence)

13. Arbeitspaket 02 B5 Sichere Prozesse Versuchsgeometrie in Simulation • Parameter: • Strahlengänge • N.A. • Winkel zwischen Objekt- und Referenzstrahl • Specklegröße • Abtasttheorem Auflösung

14. Arbeitspaket 02 B5 Sichere Prozesse Numerische Apertur (N.A.)

15. Arbeitspaket 02 B5 Sichere Prozesse Winkel θ zwischen Objekt- und Referenzstrahl

16. Arbeitspaket 02 B5 Sichere Prozesse • Specklegröße S • Verhältnis W zwischen Specklegröße S und Pixelgröße ΔK

17. Arbeitspaket 02 B5 Sichere Prozesse erreichbare Auflösung

18. Arbeitspaket 02 B5 Sichere Prozesse • Erkenntnisgewinn • Untersuchung der Oberflächencharakteristika durch Triangulationssensoren, Interferometrie und Mikroskop. • Wechselwirkung zwischen Parameter der Versuchsgeometrie und Auflösung. • Festlegung der möglichen Geometrien nach Simulationsergebnis der Auflösung. • Ausblick • Streuverhalten der Mikrobauteile zu untersuchen • Diese mögliche Geometrien am Laborsaufbau zu testen

19. B5 Sichere Prozesse Arbeitspaket 03 • Ziel • Laboraufbau zur Messung der Geometrie der Mikrobauteile zu realisieren • Erstellung des auf die MUM übertragbaren Laboraufbaus: Testen unterschiedlicher Geometrien (aus AP2) • Ermittelung der erreichbaren Auflösung und Kalibrierung • Analyse der Messunsicherheit für unterschiedlichen Bauteile und Aufbaugeometrien

20. Arbeitspaket 03 B5 Sichere Prozesse Laboraufbau Geometrie mit bestimmten Parameter aus AP2 Auflösung

21. B5 Sichere Prozesse Ziele • Entwicklung einer optischen Messtechnik zur schnellen Formerfassung des Mikrobauteils (Wang) • Bereitstellung simulierter Bauteildaten (AP 6) • Untersuchung der Unsicherheiten (AP 7) • Messunsicherheit (zufällig/systematisch) • Auswertungsalgorithmen (Approximation) • Wechselwirkung zwischen Messunsicherheit und Prozessfähigkeit (AP 8) • Zusätzliche Überprüfung der Hologramme mit KNN (Kirchheim) • Qualitätslenkung (Kirchheim)

22. 2009 2010 2007 2008 B5 Sichere Prozesse Arbeitspakete AP 6: Erstellen von Bauteildaten mittels Simulation (Lübke) Soll AP 7: Untersuchung der Unsicherheit bei der Berechnung von geometrischen Kenngrößen (Lübke) Soll AP 8: Untersuchung der Wechsel-wirkung zwischen Messunsicherheit und Prozessfähigkeit (Lübke) Soll

23. Arbeitspaket 06 B5 Sichere Prozesse • Simulation von Testprofilen mit bekannten Eigenschaften zur Überprüfung der Approximationsalgorithmen • Simulation von Testprofilen Extra-punkt Kreis Zylinder

24. Arbeitspaket 06 B5 Sichere Prozesse • Simulation komplettes Mikroumformbauteil mit definierten zufälligen Unsicherheiten, zukünftig auch Welligkeiten. z in w.E. 45° Prinzip der Messung mit digitaler Holografie x in w.E. y in w.E.

25. Arbeitspaket 06 B5 Sichere Prozesse • Abschätzung 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-Elementeeiner Punktwolke separieren? (nicht im Antrag) Zylinder, Torus, Ebene

26. Arbeitspaket 07 R (X, Y) di B5 Sichere Prozesse • Anzahl (Mess-) Punkte > Freiheitsgrade der Approximation überbestimmtes Gleichungssystem • Lösen durch Minimieren der Abstände vom Element • Approximation nach Zielfunktion Beispiel: Kreis in 2D • Position im Raum: Mittelpunkt (X, Y) • Element Parameter: Radius R • di: Abstand des (Mess-) Punktes mit Index i

27. B5 Sichere Prozesse Arbeitspaket 07 • Zielfunktionen in der Geometrie-Messtechnik: • Gauß • Tschebyscheff weitverbreitet in der Geometrie-Messtechnik beispielsweise Formabwei-chungen, MI/MC Elemente (Maß und Bezugselemente)

28. Arbeitspaket 07 B5 Sichere Prozesse • Approximation von • Gauß-, • Tschebyscheff- A • Hüll- (Minimum Circumscribed) B • Pferchelementen (Maximum Inscribed) C t A C B R R R (X, Y) (X, Y) t: Rundheitsabweichung nach DIN ISO 1101

29. Arbeitspaket 07 B5 Sichere Prozesse Tschebyscheff-Kreis R y in w.E. (X,Y) x in w.E.

30. Arbeitspaket 07 R (X,Y) R B5 Sichere Prozesse y in w.E. y in w.E. (X,Y) Pferchkreis Hüllkreis x in w.E. x in w.E.

31. Arbeitspaket 07 B5 Sichere Prozesse Weitere Beispiele Hüllkugel Tschebyscheff-Ebene Pferchzylinder

32. Arbeitspaket 07 B5 Sichere Prozesse • Abschätzung der Unsicherheit für Tschebyscheff-, Hüll- und Pferchelemente  allgemeingültiger Ansatz • Approximation von Kegel/Torus und entsprechenden Hüll-/Pferchelementen • Wie kann man die einzelnen Geometrie-Elemente einer Punktwolke separieren? (nicht im Antrag)

33. Arbeitspaket 08 B5 Sichere Prozesse • Jetziger Stand: • Neue DIN ISO 21747 (2007) bietet vereinfachtes Formelwerk für Prozessleistungsgrößen • Neben Normalverteilung auch andere Verteilungen • Annahme: Prozesse beherrscht • Untersuchung große Anzahl Bauteile  MUM

34. Arbeitspaket 08 B5 Sichere Prozesse • 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?

35. Arbeitspaket 08 B5 Sichere Prozesse • Weiteres Vorgehen: • Diskussion mit IfS (Wosniok) • Ausblick • Simulation einer Serienfertigung, beispielsweise Durchmesser eines Näpfchens • Auswertung

36. Aktueller Stand Messung von Mikrobauteilen oder Makrobauteilen mit Mikroeigenschaften B5 Sichere Prozesse • Ziel: • Welche Mikrogeometrien sind möglich? • Wie können Mikrobauteile gespannt werden? • Welches Equipment bietet diese Möglichkeit? •  Keine kurzfristige Lösung für die Messung eines Mikronapfes auf vorhandenen Messgeräten Geometrie-Messtechnik (Maß, Form- und Lageabweichungen) Mikrobauteile Oberflächenmesstechnik > >

37. Aktueller Stand Messung von Mikrobauteilen oder Makrobauteilen mit Mikroeigenschaften B5 Sichere Prozesse Mitutoyo CS-5000H CNC Mahr Primar MX4 Leitz Ref. 10.7.6/B4 Mahr PGK 120 Mahr LD 120

38. Aktueller Stand Messung von Mikrobauteilen oder Makrobauteilen mit Mikroeigenschaften B5 Sichere Prozesse Tiefziehwerkzeuge im SFB 747 B3 B3 B3 R R auf Primar MX4 > Ø 0.5mm

39. Aktueller Stand Messung von Mikrobauteilen oder Makrobauteilen mit Mikroeigenschaften B5 Sichere Prozesse Tiefziehstempel

40. Aktueller Stand Messung von Mikrobauteilen oder Makrobauteilen mit Mikroeigenschaften B5 Sichere Prozesse Tiefziehring

41. Simulation von Tiefenbildern B5 Sichere Prozesse D <= 1mm Approximationsalgorithmen und Künstliche Neuronale Netze Qualitätslenkung ? Qualitätsprüfung

42. Simulation von Tiefenbildern B5 Sichere Prozesse D <= 1mm Approximationsalgorithmen und Künstliche Neuronale Netze Qualitätslenkung ? Qualitätsprüfung

43. Simulation von Tiefenbildern B5 Sichere Prozesse Lübke: Simulation unsicher-heitsbehafteter Mikronäpfe Wang: Transformation Mesh  Tiefenbild Wang: Mesh in GeoMagic z in w.E. x in w.E. y in w.E.

44. Auswertung von Tiefenbildern B5 Sichere Prozesse • Auswertung im „Fringe Processor“ (BIAS) • Zufällige Unsicherheit 1µm

45. 2009 2010 2007 2008 B5 Sichere Prozesse Arbeitspakete AP 9: Logistische Qualitätsplanung Soll AP 10: Methodik zur automatisierten, intelligenten Klassifikation von Qualitätsabweichung Soll Soll AP 11: Übergeordnete logistikorientierte Qualitätslenkung Soll 45

46. Arbeitspaket 09: Logistische Qualitätsplanung B5 Sichere Prozesse Ziel: Durchführung einer Qualitätsplanung Qualitätsplanung: Teil des Qualitätsmanagements, der auf das Festlegen der Qualitätsziele und der notwendigen Ausführungsprozesse sowie der zugehörigen Ressourcen zum Erreichen der Qualitätsziele gerichtet ist [DIN ISO 9001:2005] 46

47. Arbeitspaket 09: Logistische Qualitätsplanung B5 Sichere Prozesse • Vorgehen: • Festlegung des zu betrachtenden Umfeldes • Untersuchung von Mikrobauteilen • Festlegung von Qualitätsabweichungen 47

48. B5 Sichere Prozesse Ergebnisse 48

49. B5 Sichere Prozesse topplane toptorus cylinder bottomtorus bottomplane Festlegung von Schnittstellen: • XML Schnittstelle zum BIMAQ • .flt (float Daten) für die Tiefenbilder des bias 49

50. B5 Sichere Prozesse 500µm 500µm Untersuchung von Mikrobauteilen (45 Stk.) • Falten (21,43%) • Risse (14,29%) • abgelöster Deckel (2,38%) • Deformationen (35,71%) 50