Messablauf

Feldern abgelichtet werden kann, werden 26 Felder in x-Richtung und 19 Felder in y-Richtung aufgenommen. Insgesamt werden somit 494 Bildfelder aneinander gesetzt.

Daraus ergibt sich ein Messfeld mit 17,5 mm Kantenlänge in x- und 17,1 mm in y-Richtung mit einer zu scannenden Filteroberfläche von 300 mm².

Der maximal zulässige Filtrationsdurchmesser darf somit maximal 17,1 mm betragen.

Dieser Durchmesser ist bei der Auswahl der Filtrationseinrichtung, insbesondere bei der Auswahl des Filtrationsstützgitters, zu beachten. Das Stützgitter darf die Analyse-flüssigkeit lediglich innerhalb des maximal zulässigen Filtrationsdurchmessers passieren lassen. Werden Partikel auch außerhalb dieses Bereichs auf die Membran übertragen, so werden diese bei der Messung nicht detektiert und analysiert.

6.4.2 Anfahren der Partikel zur Spektrenaufnahme

Zur Bestimmung des Lumineszenzspektrums muss sich das zu untersuchende Partikel im Fokus des Spektrometers befinden. Der Mittelpunkt des Partikels muss dazu mit dem Mittelpunkt des Fokusspots bei den Koordinaten (x, y) = (340 μm, 455 μm) übereinstimmen (vgl. Kapitel 5.5.3). Bei der VIS-Bildaufnahme zur Bestimmung der Partikelgröße können gleichzeitig die Koordinaten jedes Partikels auf dem Prüffilter mit erfasst werden.

Nachdem das Filter abgerastert wurde, wird anschließend jedes Partikel in den Fokus des Spektrometers gefahren. Diese Vorgehensweise bedeutet jedoch, dass auch nicht lumineszierende Partikel in den Fokuspunkt gefahren werden, obwohl kein Spektrum zu erfassen ist. Da bei der Prüfung der Bauteilsauberkeit größtenteils metallische, also Lumineszenz inaktive Partikel anfallen, wird dadurch die Messzeit unnötig erhöht.

Aus diesem Grund wird eine Vorselektion der Partikel in lumineszierende und nicht lumi-neszierende Partikel mittels Lumineszenzbildaufnahme und -auswertung vorgenommen.

Bei der Bestimmung der Partikelgröße und -anzahl wird zusätzlich von jedem Bildfeld eine Aufnahme mit UV-Beleuchtung durchgeführt. Die Belichtungszeit wird, wie bei der Spektrenaufnahme, zu 5 s festgelegt, die Binärschwelle auf den Wert 26. Dieser Schwellwert kann im Vergleich zur Grauwertbild-Auswertung so niedrig gesetzt werden, da von der Filtermembran und von den metallischen Partikeln kein Lumineszenzsignal erzeugt wird. Bei niedrigeren Schwellwerten wird trotz der optischen Filter VIS-Streulicht fälschlicherweise als Lumineszenz detektiert. Durch eine Bildauswertung analog zu den VIS-Aufnahmen, können die lumineszierenden Partikel nun einfach erfasst und von den nicht lumineszierenden Partikeln optisch getrennt werden. Die nicht lumineszierenden Partikel werden der Materialklasse #1 (Metalle) zugeordnet und müssen nicht weiter betrachtet werden. Anschließend werden die restlichen Partikel angefahren, um deren Lumineszenzspektrum zu ermitteln.

Abbildung 6-11 zeigt das Methodikschema mit den einzelnen Mess- und Auswerte-schritten. Anhand der dargestellten Vorgehensweise wird mit dem Versuchsaufbau die Anzahl, Größe und Materialklasse der auf Analysefilter vorhandenen Partikel bestimmt.

Dadurch erfolgt die vollständige Bestimmung des Schädigungspotenzials der Partikel und somit die vollständige Bestimmung der Bauteilsauberkeit.

6.4.3 Methodikschema

Ergebnis Arbeitsschritt Programm

Schritt 1:

Bestimmung der Partikelgröße und -anzahl

Schritt 2:

Differenzierung lumineszierender und nicht lumineszierender Partikel

Schritt 3:

Bestimmung der Materialklasse der lumineszierenden Partikel

Abbildung 6-11: Ablaufschema zur vollständigen Bestimmung des Schädigungspotenzials von Restschmutzpartikeln anhand des Versuchsaufbaus

Materialklasse aller Partikel

Klassifizierung des Spektrums anhand ZWL, HWB und S_HWB

ja letztes Partikel

SpektraVision

nein nächstes Partikel anfahren

WinCommander

Ende der Analyse

Ermittlung Lumineszenzspektrum mit UV-Beleuchtung Position der

lum. Partikel Partikel der Klasse #3

Ende der Analyse Anzahl und

Größe aller Partikel

Bildaufnahme mit VIS-Beleuchtung Anfahren der ersten

Messposition

Bestimmung der Größe, Anzahl und Koordinaten aller Partikel anhand von

Grauwerte

ja

nein letzte

Bildposition

WinCommander

NeuroCheck

Selektierung der lumineszierenden Partikel anhand von Grauwerten

nein nächste Position anfahren

WinCommander

ja lum. Partikel

vorhanden

größtes lumineszierendes Partikel anfahren Bildaufnahme mit

UV-Beleuchtung

6.4.4 Berechnung der Messzeit

Im ersten Messschritt wird die Anzahl und Größe der Partikel > 5 μm auf der Membran sowie deren Position bestimmt. Über eine anschließende UV-Bildaufnahme an jeder Messposition werden lumineszierende und nicht lumineszierende Partikel getrennt. Die nicht lumineszierenden Partikel werden der Materialklasse #1 zugeordnet. Ausgehend von den erarbeiteten Messparametern ist dafür pro Messposition eine Messzeit von acht Sekunden einzukalkulieren. Eine Sekunde zur VIS-Bildaufnahme, fünf Sekunden für die UV-Bildaufnahme, eine Sekunde um die Messposition zu wechseln und eine Sekunde Wartezeit, um mögliche Schwingungen des optischen Systems nach dem Verfahren ausklingen zu lassen. Bei 494 Messpositionen ergibt sich eine Messzeit von zusammen 3952s für die ersten beiden Messabschnitte, was 1h und 6min entspricht.

Im dritten Messabschnitt werden die lumineszierenden Partikel zur Bestimmung des Lumineszenzspektrums ihrer Größe nach abfolgend nacheinander angefahren und ein Lumineszenzspektrum aufgenommen. Die unterste Partikelgröße zur Bestimmung der Materialklasse beträgt 50 μm. Auf einer dicht belegten Filtermembran befinden sich maximal etwa 1000 Partikel oberhalb dieser Größe ohne sich zu überlappen. Wird davon ausgegangen, dass mindestens 50 % der Partikel metallischen Ursprungs sind, so müssen höchstens 500 Partikel angefahren werden. Die Messzeit pro Partikel beträgt fünf Sekunden. Hinzu kommt wiederum eine Sekunde für den Verfahrweg und eine Sekunde Wartezeit. Daraus ergibt sich eine Messzeit von sieben Sekunden pro Partikel bzw. eine Gesamtmessdauer von 3500 s für den zweiten Messabschnitt, was ca. 58 min entspricht.

Müssen alle 1000 Partikel angefahren und lumineszenzoptisch bestimmt werden, so beträgt diese Messdauer ca. 1h und 56min.

Die gesamte Messzeit für die vollständige Bestimmung von Partikelgröße und -anzahl sowie Materialklasse beträgt mit dieser Methode etwa zwei Stunden, bei der Annahme, dass 500 nicht metallische Partikel hinsichtlich ihres Materials klassifiziert werden müssen.

Dies entspricht der Anzahl an nicht metallischen Partikeln eines durchschnittlich belegten Analysefilters zur Bestimmung der Bauteilsauberkeit dieser Größe. Bei 1000 vorhandenen nicht metallischen Partikeln > 50 μm steigt die Messzeit auf ca. drei Stunden an. Auf stärker beladenen Analysefiltern überlagern sich die Partikel, weshalb diese Analysefilter nicht zur mikroskopischen Restschmutzbestimmung geeignet sind.