3D-Analysis of surface damage in metallic materials under fatigue loading

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Peter Lehmann
• Subject Area: Measurement Systems
• Term: from 2012 to 2017
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 222262440

• Final Report Year: 2017

Final Report Abstract

In diesem Projekt wurde ein interferometrisches System mit Schwingungskompensation für den Einsatz in maschinennaher Umgebung realisiert. Es entstand ein flächenhaft messendes hochauflösendes Linnik-Weißlichtinterferometer, in welches ein punktförmig messendes Laserinterferometer integriert ist, das denselben optischen Strahlengang nutzt. Das Laserinterferometer erfasst zeitlich hochaufgelöst Abstandsänderungen und damit auch eventuelle Störschwingungen, deren Einfluss im Anschluss an die weißlichtinterferometrische Messung aus den Messdaten herausgerechnet wird. Der Mess-, Korrektur- und Auswerteablauf des Interferometers wurde für schnelle Messungen optimiert. Durch den Einsatz einer schnellen Kamera konnte der Messvorgang um den Faktor 9 im Vergleich zum System aus der ersten Projektphase beschleunigt werden. Damit die während des schnellen Messvorgangs anfallenden Bilddaten nicht zum Flaschenhals des Systems werden und die Messzyklen durch die anschließende Signalauswertung verzögern, wurden mehreren Optimierungen an Datenaufnahme-, Korrektur- und Auswertealgorithmen vorgenommen, sodass die gesamte Postprocessing-Dauer nach dem Messvorgang auf die Zeit von unter einer Sekunde reduziert werden konnte. In experimentellen Untersuchungen unter Laborbedingungen erreichte das Weißlichtinterferometer eine Standardabweichung von 1,6 nm im Vergleich zur Topographie ohne Störschwingungen bei mehreren künstlich aufgebrachten Störschwingungen im Bereich zwischen 1 und 400 Hz mit Schwingungsamplituden zwischen 5 und 70 nm.

Publications

• „Tiefenscannende Weißlichtinterferometrie in maschinennaher Umgebung,“ Technisches Messen 81, Nr. 6 (2014) 269-279
  S. Tereschenko, P. Kühnhold, P. Lehmann, L. Zellmer, A. Brückner-Foit
  
• „Maschinenintegration von interferometrischen Präzisionssensoren“, VDI-Berichte 2285, 5. VDI-Fachtagung „Optische Messung von Funktionsflächen 2016“, S. 135-146
  P. Lehmann, S. Tereschenko
  
• „Passive vibration compensation in scanning white-light interferometry,“ Applied Optics 55 (23) (2016) 6172-6182
  S. Tereschenko, P. Lehmann, L. Zellmer und A. Brückner-Foit
  
• „Robust interferometric sensors based on sinusoidal phase modulation,” European Optical Society Annual Meeting (EOSAM) 2016, Berlin 26-30 September 2016
  P. Lehmann, S. Tereschenko, M. Schulz, M. Schake, J. Riebeling
  
• “Vibration Compensated High-Resolution Scanning White-light Linnik Interferometer,” SPIE Proceedings 10329, 1032940 (2017)
  S. Tereschenko, P. Lehmann, P. Gollor, P. Kuehnhold