Mess- und Auswertestrategien zur modellbasierten Bewertung funktionaler Eigenschaften mikrostrukturierter Oberflächen

Funktionale Mikrostrukturen tragen zur Optimierung von Produkten bei, wodurch diese effizienter, aber auch hinsichtlich der Tolerierung, der Fertigung und der Qualitätssicherung komplexer werden. Herkömmliche Toleranzkonzepte für die Spezifikation und Verifikation von geometrischen Merkmalen, wie ISO GPS, stoßen im Mikro- und Nanometerbereich an ihre Grenzen, da Wirkzusammenhänge zwischen geometrischen und nicht-geometrischen Merkmalen, welche die Funktionsfähigkeit eines Werkstücks signifikant beeinflussen, nicht mehr ausreichend abgebildet werden können. Im konstruktionsorientierten Verifikationsprozess werden so nur genormte Kenngrößen unabhängig voneinander erfasst und bewertet. Eine ganzheitliche, mehrdimensionale Bewertung erfasster Messdaten hinsichtlich einer funktionsorientierten Konformitätsentscheidung fehlt. Die vorliegende Arbeit zeigt einen Ansatz zur Lösung dieses Defizites mittels einer übertragbaren Methode zur modellbasierten und auf Oberflächenmessdaten beruhenden prädikativen Beurteilung des Grades der zu erwartenden Funktionsfähigkeit strukturierter Oberflächen. Die Grundlage bildet ein mathematisch-physikalisches Modell der Funktion, das funktionale Zusammenhänge einer Mikrostruktur beschreibt und mit dem die Funktionsfähigkeit basierend auf Messwerten prognostiziert wird. Ferner werden zur effizienten Weiterverarbeitung von Messdaten in Simulationen universelle, segmentierungs-basierte Auswerteverfahren für die automatische Merkmalextraktion von Regelgeometrien strukturierter Topografien bereitgestellt. Am Beispiel der Mikrostruktur einer Druckwalze wird demonstriert, dass mit diesem modellbasierten Lösungsansatz funktional wichtige Parameter identifiziert werden können und die Funktionsfähigkeit der Topografie fundierter beurteilt werden kann.