Band 70, Heft 1 - 1

Gedrehte Oberflächenprofile besitzen periodische und zufällige Rauheitskomponenten. Um den Drehprozess und damit den Werkzeugverschleiß zu überwachen, ist prozessnah der mittlere periodische Profilanteil zu messen. Es wird eine optische Messmethode vorgestellt, die eine kontinuierliche Kontrolle der Parameter des periodischen Profilanteils erlaubt. Mit Hilfe einer optimierten Streugeometrie werden allein die Streuanteile der periodischen Oberflächenkomponente gemessen. Durch Vergleich mit einem geeigneten theoretischen Modell kann auf die Profilparameter zurückgeschlossen werden. Die im Falle einer Präzisionsbearbeitung ( R a ≤ 1,5 μm) dominierende periodische Rauheitskomponente kann optisch ohne Scanningverfahren gemessen werden. Die so bestimmten Profile stimmen mit den Tastschnittmessungen sehr gut überein. In der Regel reicht die Kirchhoff–Näherung aus, um die Profilparameter zu berechnen. Der Vergleich mit der rigorosen RCWA–Methode zeigt nur deutliche Abweichungen, wenn Nahfeldanteile die Streuung beeinflussen.

Die Echtzeitanalyse bewegter Oberflächen wird heute bevorzugt mit CCD–Kameras, leistungsfähiger Hardware und ausgeklügelten Algorithmen vorgenommen, erfordert aber den Umgang mit riesigen Datenmengen in kürzester Zeit. In diesem Beitrag soll ein alternatives Verfahren vorgeschlagen werden, das das Kreuzkorrelationssignal zwischen der Oberfläche und einem optischen Gitter zur Inspektion heranzieht.

Laserbasierte Abstandsmessgeräte wie Triangulationssensoren erreichen Messgenauigkeiten von wenigen Mikrometern bei Bandbreiten von über zehn Kilohertz. Sie eignen sich daher für schnelle und hochpräzise Messungen, auch an bewegten Objekten von bewegten Plattformen. Falls eine Sensorbewegung notwendig ist, ist es jedoch häufig aufwändig oder sogar unmöglich, den Sensor selbst mit einer entsprechenden Genauigkeit zu führen. Das Abstandssignal allein erlaubt keine Trennung zwischen der Sensorbewegung und dem eigentlichen Messwert. Deshalb wurde mit Hilfe eines Beschleunigungssensors eine virtuelle Referenz erzeugt, die es ermöglicht, den Anteil der Sensorbewegungen im Abstandssignal zu kompensieren. In einer ersten Anwendung wurde von einem fahrenden Zug aus die Welligkeit der Schienenoberfläche mit einer spektralen Genauigkeit von bis zu 10 μm gemessen, wobei der Sensor Vertikalbewegungen des Zugs von etwa 10 mm ausgesetzt war. Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind die Messung der Fahrbahnunebenheit oder die schnelle Vermessung von ruhenden Objekten mittels eines bewegten Sensors, beispielsweise in der industriellen Produktion.

Maßgebend für einen optimierten Verbrennungsprozess (z.B. in stationären Turbinen) ist die schnelle Bildung eines homogenen Brennstoff/Luft–Gemisches in der Vormischzone während des Einspritzvorgangs. Es wurde ein Messsystem realisiert, das es erlaubt, die Tropfengrößenverteilungen eines dichten Kerosinsprays räumlich und zeitlich aufgelöst nachzuweisen. Die Anregung des simultan gemessenen Mie–Streulichts und der laserinduzierten Fluoreszenz (LIF) erfolgte durch Einzelpulse eines Excimerlasers. Das Verhältnis von LIF– und Mie–Signalen eines Sprays ergibt einen ortsabhängigen Sauterdurchmesser (Sauter mean diameter). Die Kalibrierung des Messsystems erfolgte mit definierten sphärischen Einzeltropfen, deren Durchmesser mit Hilfe von gestaltabhängigen Resonanzen (MDR) bestimmt wurde. Es wird die Anwendbarkeit dieser Methode zur Bestimmung der Tropfengrößenverteilungen in dichten technischen Brennstoffsprays demonstriert und einige wichtige Details werden beschrieben.

Die vorliegende Arbeit beschreibt ein neues laseroptisches Messprinzip zur Messung des Durchmessers von in Fluiden suspendierten Kleinstteilchen bis hinunter in den Mikrometerbereich. Das neue Verfahren kann auf zwei Arten realisiert werden. Bei der ersten Version (sendeseitige Rotation) wird ein Laserstrahl in einem zuvor definierten Winkelbereich während der Messung um das zu analysierende Teilchen geführt, wobei das sich hinter dem Teilchen ergebende Beugungsmuster im Raum mitgedreht und über einen Punktdetektor geführt wird. Bei der zweiten Variante (empfangsseitige Rotation) erfolgt die Beleuchtung des zu analysierenden Teilchens feststehend und das für den Teilchendurchmesser charakteristische Beugungsmuster wird über einen Drehspiegel hinter dem Teilchen im Raum gedreht und über einen Punktdetektor geführt. In beiden Fällen detektiert ein einfacher Punktdetektor das über ihn hinwegstreichende Beugungsmuster des zu analysierenden Teilchens als zeitveränderliches Signal. Dieses Signal kann anschließend im Zeitbereich oder im Frequenzbereich ausgewertet werden. Aus der Information aus vielen Einzelteilchenmessungen kann die Teilchengrößenverteilung bestimmt werden.

Es werden numerische Verfahren zur Identifizierung von Lochmustern bzw. Punktemengen entwickelt. Ziel ist es, zwei Punktemengen in der Ebene daraufhin zu untersuchen, ob sie durch eine Drehung und eine Translation näherungsweise zur Übereinstimmung gebracht werden können.