Interferometrische und holographische Messtechnik

Prüfung von Form- und Lagetoleranzen an einer Nockenwelle.
© Fraunhofer ILT, Aachen.

Prüfung von Form- und Lagetoleranzen an einer Nockenwelle.

Die interferometrische und holographische Messtechnik erlaubt eine ultrapräzise Vermessung von Geometrien mit Genauigkeiten im Sub-Mikrometerbereich. Dabei werden Gangunterschiede von Mess- und Referenzstrahl im Wellenlängenbereich miteinander verglichen und über Interferenzen vermessen. Die laterale Genauigkeit hängt dabei lediglich von der verwendeten Optik, der Kohärenz der Strahlquelle und der Messdistanz ab.

Das Fraunhofer ILT hat hierzu eine absolut-messende interferometrische Sensorik entwickelt mit der Abstände zu technischen Objekten in einem Messbereich von 8 mm (bei typischen Arbeitsabständen von 50 – 200 mm) mit einer Genauigkeit von < 200 nm gemessen werden können. Die »bd-1« Sensorik hat einen kompakten fasergekoppelten Messkopf mit bidirektionaler Strahlführung. Hin- und Rückstrahl verlaufen entlang derselben Linie. Mit der erreichten Submikrometergenauigkeit sind sogar Rauheitskenngrößen glänzender, geschliffener oder rauer technischer Oberflächen bestimmbar.

Durch ihre kompakte Gestaltung und ihr geringes Gewicht lassen sich »bd-1«-Messköpfe leicht in Bearbeitungs- und Prüfvorrichtungen integrieren. Sie erschließen eine neue Klasse von Anwendungen, die mit herkömmlichen Triangulationsverfahren nicht erreichbar sind: Der Linearitätsfehler ist um einen Faktor 10 geringer, das Bauvolumen des Messkopfs um ca. einen Faktor 40 kleiner, das bidirektionale Konzept verbessert die Zugänglichkeit zum Messort signifikant.

Anwendungsbeispiele sind die hochpräzise Dickenmessung beim Kaltwalzen, die Prüfung von Nockenwellen oder Messaufgaben zum Inline-Monitoring von Laserbearbeitungsprozessen, wie z.B. beim Laserschweißen, Laserauftragsschweißen, der additiven Fertigung ( Selective Laser Melting, SLM) oder bei der Oberflächenmikrostrukturierung mit UKP-Laser. Für diese Anwendungen wird der Messstrahl von »bd-1« der Bearbeitungsstrahlung koaxial überlagert. Für die Mehrstellenmessung wurde das Konzept erweitert, um mit bis zu 16 Messstrahlen an unterschiedlichen Stellen eines Objekts hochpräzise Abstandsmessungen durchführen zu können.

Holographische Messtechnik

Eine weitergehende Ausführungsform der interferometrischen Messtechnik ist die holographische Messtechnik. Hierzu werden spezielle mittels Computer generierter Hologramme (CGH) verwendet, die die hochpräzise Vermessung optischer Freiformen erlauben. Die CGH werden am Fraunhofer IOF gefertigt und in entsprechenden interferometrischen Messsystemen genutzt.

Die am Fraunhofer IPM verfolgte digital-holographische 3D-Messtechnik ermöglicht die schnelle (Sub-Sekunden) und gleichzeitig hochpräzise (µm-Bereich) Messung von 3D-Geometrien typischerweise streichholzschachtelgroßer, technischer Bauteile. Durch die interferometrische Aufzeichnung und anschließende digitale Rekonstruktion lassen sich Oberflächen dreidimensional vermessen.

Mit der Elektronischen Speckle-Muster-Interferometrie (ESPI) lassen sich minimale Änderungen der Topografie sehr schnell, flächig und bis in den Nanometerbereich detektieren – auch bei schnellen Produktionsabläufen. Die großen Vorteile dieser Messung sind die Bildgebung und die Genauigkeit im nm-Bereich in Beobachtungsrichtung.

Inline-Mikroskopie

Ein wichtiges Einsatzfeld der Inline-Mikroskopie ist die Produktionsüberwachung in der Medizintechnik und Biotechnologie. Hier erfordern besondere Produktionsbedingungen und hohe Anforderungen an Präzision und Schnelligkeit speziell ausgelegte Mikroskopie-Systeme. Vollautomatisierte, mikroskopische Systeme von Fraunhofer IPM überwachen die Produktion mikromechanischer medizintechnischer Bauteile und ermöglichen dabei eine 100-Prozent-Qualitätskontrolle.

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