Der Einsatz laserinduzierter Fluoreszenzmessungen zur Detektion geringster organischer Belegungen auf Oberflächen

Abstract

Zur qualitativen, quantitativen und lateralen Beschreibung des Verschmutzungs- oder Belegungszustandes von Werkstückoberflächen wurde am Lehrstuhl für Fertigungstechnik/CAM ein auf Infrarotspektrometrie basierendes, mobiles Messsystem entwickelt, das jedoch eine unzureichende untere Nachweisgrenze für viele Anwendungsfälle aufweist. Die laserinduzierte, zeitaufgelöste Fluoreszenzspektrometrie eröffnet hier neue analytische Möglichkeiten. Ausgehend von einer Vielzahl an Fragestellungen, die in Industrieprojekten zu diesem Thema bearbeitet wurden, werden zunächst die konkreten Anforderungen an ein neues Messsystem abgeleitet. Nach einer theoretischen Herleitung der zu erwartenden Ergebnisse hinsichtlich von Fluoreszenzmessungen auf Oberflächen wird das verwendete Detektionsprinzip und der eingesetzte Messaufbau vorgestellt. Der experimentelle Teil der Arbeit ermittelt zuerst das grundsätzliche spektrale und zeitliche Verhalten von praxisüblichen Fertigungshilfsmedien nach einer optischen Anregung, die statistischen Merkmale einer Emission und den Einfluss von Umgebungslicht. Der Fokus der Untersuchungen liegt dann auf der photometrischen Charakteristik von unbelegten und belegten Oberflächen verschiedenster Ausprägung und der erreichbaren unteren Nachweisgrenze bei Quantifizierungen. Abschließend wird ein praxis-taugliches Gesamtkonzept zur Anwendung von Fluoreszenzmessungen auf Oberflächen vorgestellt.

For describing type, quantitity and distribution of contaminations or coating layers on machined parts, an infrared based mobile measuring device was developed at the Institute of Pro-duction Engineering/CAM. Because its lower detection limit is insufficient in many applications, the laser induced, time resolved fluorescence spectrometry is suggested as a further measuring principle. Based on a multitude of project data colleted during industrial collaborations, the requirements on a new measuring device are identified. After a theoretical break-down of the expectations concerning the measurement of fluorescence light on surfaces, the detection principle and the used measuring apparatus are introduced. The experimental part of the research study deals with the spectral behaviour of organic auxiliary materials, their time-decay characteristics after excitation by uv-light, statistical criteria of emissions and effects of surrounding light. Thereafter, the focus lies on the evaluation of the photometric characteristics of various clean and coated technical surfaces and on the realisable detection limit for quantifications. Finally, a practical application concept for measurements of fluorescence light on surfaces is presented.