Laufende Projekte

Im Bereich Fertigungsmesstechnik werden unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. habil. Tino Hausotte zurzeit folgende Forschungsprojekte bearbeitet:

Advanced detail sensitivity monitoring by new concepts to improve the reliability of safety relevant products using industrial computed tomography

(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

Titel des Gesamtprojektes: Advanced detail sensitivity monitoring by new concepts to improve the reliability of safety relevant products using industrial computed tomography
Projektleitung:
Projektbeteiligte:
Projektstart: 1. Juli 2024
Projektende: 30. Juni 2027
Akronym: SensMonCT II
Mittelgeber: Europäische Union (EU)
URL: https://www.ptb.de/epm2023/sensmonct/home

Abstract:

Digital applications including Industry 4.0 often use industrial computed tomography (iCT) data for their functions. However, at the moment, detail sensitivity of iCT systems is evaluated by human operators, and therefore unreliable and expensive. There is a metrological need to develop traceable measurement and monitoring methods to assess detail sensitivity of iCT for the minimum detectable defect or flaw sizes without relying on human observers. This is an essential step to support the EU’s aims for the digital transformation in Europe and the United Nation’s sustainability goal for industry, innovation and infrastructure. However, new measurement methods, reference software, and standards need to be developed to fill this meteorological gap.

 

The project aims to develop new test gauges that will help determine iCT detail sensitivity. Additionally, a new automated evaluation algorithm will be published that can determine the detail sensitivity of iCT data sets. Round Robin Tests will be conducted, and the results will be made available to relevant standard committees to demonstrate the accuracy of the developed measurement systems. The project will prepare a draft standard or EN ISO 15708-5 ‘Radiation methods for computed tomography — Performance Evaluation and Long-Term Stability’. Moreover, the project will publish free reference software with evaluation algorithms that comply with the standard draft, as well as a free data bank with standard reference images that can be used to validate software for conformity. Overall, these advancements will support Industry 4.0 in Europe and guarantee the competitiveness of modern iCT applications.

Publikationen:

    Rückführbarer taktiler, aktiver, kraft- und momentmessender Koordinatenmesssystem-Messkopf

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Projektleitung:
    Projektbeteiligte:
    Projektstart: 1. Januar 2024
    Projektende: 31. Dezember 2026
    Akronym: TracForceProbe
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

    Abstract:

    Das geplante Projekt beinhaltet die Konzeption, den Entwurf, die Realisierung und die Verifizierung eines neuartigen taktilen, aktiven, kraft- und momentmessenden Koordinatenmesssystem-Messkopfes sowie die begleitenden grundlagenwissenschaftlichen Untersuchungen inklusive zur Rückführung der Messung der Antastkräfte und der Auslenkung des Tasters. Die Neuerungen des Messkopfes sind der Verzicht auf elastische Federsysteme und die Levitation des Tasters, die Antastkrafterzeugung vollständig mit Lorentzkräften, die in situ-Kraftkalibrierung gemäß dem Kibble-Prinzip sowie die spezielle Anordnung der Aktoren als Parallelkinematik und der Positionssensoren als Parallelmetrologie. Neben der Positions- und Kraftmessung soll die zusätzliche Messung der Orientierung und auftretenden Momente an der Tasterwechselplatte die Untersuchung neuartiger Korrekturansätze zur Reduzierung der Messunsicherheit für Messungen mit auskragenden und langen Tastern ermöglichen. Die verkürzte Rückführung der Kraft- und Momentmessung und die angestrebte geringe Messunsicherheit der Antastkraft soll es gestatten, die Antastkraft über mehrere Größenordnungen, mit zu erarbeitenden neuen Antaststrategien, gezielt zu variieren. Dies soll einerseits eine signifikante Reduzierung des minimalen Tastkugeldurchmessers und andererseits genaue Messungen von Objekten aus Aluminium oder Kunststoff sowie mit empfindlichen Oberflächen in konventionellen Koordinatenmessgeräten erlauben. Die Erzeugung und rückführbare Messung von Antastkräften bis 2 N mit Unsicherheiten von 20 mikro N + Messwert·0,0001 sowie die Kalibrierung der Antastkräfte ohne zusätzliche, externe Kraftkalibriereinrichtungen soll ermöglicht werden. Der Wechselteller mit Taster soll mit einem levitierenden Flotor (abgeleitet von Fliegen und Rotor) gekoppelt und dessen Lage (Position und Orientierung) mit Hilfe der Signale aus drei zu erarbeitenden, optoelektronischen 2D-Positionssensoren als Parallelmetrologie und von mindestens sechs Tauchspulenaktoren als Parallelkinematik geregelt werden. Die von den Aktoren erzeugten Lorenzkräfte dienen sowohl der Aufrechterhaltung des Levitationszustandes des Flotors als auch zur Messung der auf den Taster und levitierenden Flotor wirkenden Kräfte und Momente, die im Falle einer Einzelantastung oder eines Scanvorganges an einer Messobjektoberfläche auftreten. Die primäre Messung der Antastkraft nach dem Kibble-Prinzip ermöglicht eine Rückführung auf Naturkonstanten entsprechend des neuen, seit Mai 2019 gültigen, SI-Einheitensystems. Die Rückführung der Messung der Position und Orientierung soll über die primäre laserinterferometrische Längenmessung des für die Untersuchungen und Auslenkungskalibrierung genutzten Koordinatenmesssystems erfolgen. Besondere Herausforderungen werden an das Messdatenerfassungs- und Reglerkonzept gestellt, um den Flotor auch während der Antastung in einem Kräfte- und Momentengleichgewicht zu halten und gesteuerte, geregelte und Freiformscans durchführen zu können.

    Publikationen:

      Realistische Simulation realer Röntgencomputertomografie-Systeme mit basisqualifizierter Simulationssoftware - CTSimU2

      (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)

      Projektleitung:
      Projektbeteiligte:
      Projektstart: 1. Oktober 2022
      Projektende: 30. September 2024
      Akronym: CTSimU2
      Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK)
      URL: https://www.ctsimu.forschung.fau.de/

      Abstract:

      Das Förderprojekt „Realistische Simulation realer Röntgencomputertomografie-Systeme mit basisqualifizierter Simulationssoftware - CTSimU2“ baut auf den Ergebnissen des Projektes CTSimU („Durchstrahlungssimulation für die Messunsicherheitsbestimmung beim Messen geometrischer Merkmale mittels Röntgen-Computertomographie“) auf. In diesem Projekt wurde eine objektive und standardisierte Bewertung von Simulationssoftwares zur Anwendung bei der Röntgen-CT für dimensionelle Messungen in Form eines (Basis-)Qualifizierungsframeworks erarbeitet. Dabei stand die ausreichende physikalische Korrektheit der Durchstrahlungssimulation im Vordergrund. Für die realitätsnahe Simulation einer CT-Anlage in einer Simulationssoftware (digitaler Zwilling) ist jedoch nicht nur die Korrektheit der Simulationssoftware selbst, sondern auch die Güte der Parametrisierung des realen CT-Systems in der Simulationssoftware entscheidend – dies stellt den Ausgangspunkt des 2. Projektes CTSimU2 dar. Die Parametrisierung eines CT-Systems in einer Simulationssoftware lässt sich in vier Schritte unterteilen: nach der Datenaufnahme am realen CT-System (Schritt 1) folgt die Auswertung der aufgenommenen Daten für die Generierung allgemeiner Parameterangaben (Schritt 2). Als letztes folgt die Übertragung der Parameter in die spezifischen Simulationssoftwares (Schritt 3) und die Validierung der resultierenden Simulationsparameter durch einen geeigneten Test (Schritt 4). Die Methodik der Datenaufnahme am CT und die Auswertung der Daten sollen in einem Werkzeugkasten allgemein beschrieben werden. Der dritte Schritt, die Übertragung der Parameter, ist softwarespezifisch und wird beispielhaft mit den vorhandenen Simulationssoftwares durchgeführt. Die Validierung der Parameter ist standardisierbar und soll durch einen zu entwickelnden Test geleistet werden, auf dessen Basis die ausreichend korrekte Simulation einer realen Anlage beurteilt werden kann. Endresultat des Projektes ist ein Richtlinienentwurf (z. B. für der Richtlinienreihe VDI/VDE 2630) zu diesem Test, der einen informativen Annex zum Stand der Technik bezüglich der Möglichkeiten zur Parameterbestimmung enthält. Mit einer Simulationssoftware, die die Basisqualifizierung aus CTSimU bestanden hat und einen Parameterdatensatz für ein reales CT-System enthält, der den Test aus CTSimU2 bestanden hat, sollten realistische Simulationen dieses CT-Systems möglich sein. Das Projekt wird in der Förderrichtlinie WIPANO, administriert durch den Projektträger Jülich und finanziert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des deutschen Bundestages, unter dem Förderkennzeichen 03TN0049A gefördert.

      Publikationen:

      Konzeptionelle Entwicklung und Evaluation eines temperaturkorrigierten fokusabstandsmodulierten Konfokalsensors

      (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

      Titel des Gesamtprojektes: Industrielle fokusabstandsmodulierte, konfokale Abstandssensoren (InMoKoSens)
      Projektleitung:
      Projektbeteiligte: ,
      Projektstart: 1. Juli 2022
      Projektende: 30. Juni 2025
      Akronym: InMoKoSens
      Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

      Abstract:

      Die dimensionelle Messung und Prüfung der Formabweichungen, der Rauheit oder von Schichtdicken hochpräziser und ggf. miniaturisierter und mikrostrukturierter Bauteile stellt die Messtechnik vor gänzlich neue Herausforderungen. Beispiele für solche Bauteile sind etwa bei optischen Komponenten zu finden, wie z. B. Freiformoptiken, Mikrolinsenarrays, adaptive Optiken, sowie mikro-elektro-mechanische Systeme. Hierzu werden insbesondere immer schnellere und hochpräzisere optische (also berührungslose) Antastsensoren benötigt, die in Oberflächen- und Koordinatenmessgeräte integriert werden.
      Die Konfokalmikroskopie, bei welcher das Messobjekt punktweise abgetastet wird, zeichnet sich durch ihre hervorragende Strukturauflösung im Vergleich zu anderen optischen Sensoren aus. Auf der anderen Seite bedingt das Messverfahren aufgrund der punktweisen Abtastung auf vielen axialen Höhen eine relativ geringe Messgeschwindigkeit. Um diese Geschwindigkeit zu erhöhen, soll im Rahmen des Verbundprojekts „Industrielle fokusabstandsmodulierte, konfokale Abstandssensoren (In‑MoKoSens)“  industrietauglicher hochfrequent fokusabstandsmodulierter Konfokalsensor und eine speziell angepasste Signalauswertung entwickelt werden, welche in Kombination mit einem neuartigen Ansatz zur Kompensation von temperaturbedingten Messabweichungen eine nachgeführte Messung mit einem lateralen Scan und einer Präzision im einstelligen Nanometerbereich ermöglicht. Das Sensorprinzip, mit dem in Voruntersuchungen bereits sehr gute messtechnische Eigenschaften nachgewiesen wurden, soll durch entsprechende Anpassung der Optik, der Mechanik, sowie des Soft- und Hardwaredesigns in einen robusten industrietauglichen Demonstrator überführt werden.

      Publikationen:

        Metrologie für Fügeprozesse und -verbindungen (C05)

        (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

        Titel des Gesamtprojektes: SFB/Transregio 285 Methodenentwicklung zur mechanischen Fügbarkeit in wandlungsfähigen Prozessketten
        Projektleitung:
        Projektbeteiligte: , ,
        Projektstart: 1. Juli 2019
        Projektende: 30. Juni 2023
        Akronym: TRR 285 C05
        Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
        URL: https://trr285.uni-paderborn.de/

        Publikationen: