Quantitative bildgebende Oberflächenanalyse mittels Multiparameter-Fluorometrie

Ziel dieser Arbeit war die Erforschung sowie Entwicklung einer neuen Sensortechnologie zur quantitativen bildgebenden Analyse dünner Schmierstoffschichten auf Metallbauteilen. Der erste Teil der Arbeit beschreibt die Entwicklung eines Messsystems zur quantitativen bildgebenden Fluoreszenzanalyse. Es wurde sowohl ein 2D Laserscanner zur Anwendung als Laborsystem als auch ein 1D Inline-System entwickelt. Für das Laborsystem konnte eine Nachweisgrenze besser 0,05 g/m 2 für ein in Automobilpresswerken übliches Umformöl nachgewiesen werden. Der Inline-Laserscanner erlaubt die Analyse der Ölverteilung auf 2,2 m breiten Blechbahnen bei einem Bauraum von lediglich 1,52 m oberhalb des Blechs mit einer Zeilenrate von 400 Linien pro Sekunde. Das zweite Themengebiet umfasst die Entwicklung, Anwendung und Bewertung neuer Methoden zur Charakterisierung sowie zur Kalibrierung von Fluoreszenzsensoren. Hierbei konnte gezeigt werden, dass sich besonders die Analyse des Oberflächenkohlenstoffs sowie das Aufdrucken dünner Schmierstoffschichten zur Untersuchung der Nachweisgrenze in Laborumgebungen eignen. Des Weiteren wurden zwei neuartige Methoden zur Kalibrierung außerhalb sauberer Laborumgebungen vorgestellt. Als erste Möglichkeit konnte die Nutzung eines zuvor kalibrierten Infrarot-Absorptionssensors zur automatischen Kalibrierung von Fluoreszenzsensoren gezeigt werden. Als zweite Möglichkeit wurde erstmalig der Transfer von Kalibrierdaten zwischen verschiedenen optischen Aufbauten mittels eines Feststoff-Fluoreszenzstandards gezeigt. Das dritte Themengebiet beschreibt die theoretische sowie experimentelle Analyse von Einflussfaktoren auf die Fluoreszenzemission dünner Schichten. Untersucht wurden unter anderem der Einfluss der Eigenschaften des Substratmaterials unterhalb der Schicht, der Neigung der Probe sowie des Kontaktwinkels, also der Form der Öltropfen. Die Analyse von mit Öltropfen beschichteten Aluminiumproben zeigt beispielsweise einen Anstieg des detektierten Fluoreszenzsignals um über Faktor vier bei einer Neigung der Probe um 45°. Erst die so gewonnenen Erkenntnisse erlauben die korrekte Interpretation von Fluoreszenzbildern dünner Schichten auf dreidimensionalen industriellen Bauteilen. Die erreichten Ergebnisse stellen einen signifikanten Beitrag zur Weiterentwicklung der verfügbaren Sensorik zur Qualitätssicherung im Bereich der Metallverarbeitung dar.