Industriell eingesetzte Online-Schichtdickenmessung OC³

- Haftschicht
- Deckschicht
3 Messprinzip und Bildauswertung
Die Vorgabe für das zu entwickelnde Messsystem lautet:
Soll nicht nur eine Höhe sondern ein ganzes Höhenprofil
vermessen werden (Übergang 1D → 2D) muss anstelle des
Laserpunkts eine Laserlinie und anstelle des Zeilensensors
ein 2-dimensionales CCD- Array verwendet werden. In Bild 3
ist ein typisches 2D Triangulationsbild für das Bauteil dargestellt.
Man erkennt die an der Bauteilkontur reflektierte Laserlinie
(vgl. Schattenbild aus Bild 1)
- Messbereich für den Gesamt-Schichtauftrag: ≤ 500µm
- Drehzahl Drehteller: ≤ 100 U/min
- Messtauglich für alle drei Beschichtungsbereiche
- Messgenauigkeit: ± 20µm
- Online-Messung
Von den bekannten hochauflösenden, optischen Messverfahren
[Hen] wie z.B. Schattenbild, Streifenlichtprojektion,
Laufzeitmessung oder Linien- Lasertriangulation wurde das
letzte Verfahren gewählt. Es erfüllt am besten die oben genannten
Forderungen. Das Prinzip ermöglicht unter Verwendung
einer geeigneten Kameratechnik eine sehr schnelle
Erfassung des gesamten Höhenprofils und bietet die Möglichkeit
einer Echtzeit- Triggerung, die wegen der Rotation
des Bauteils notwendig ist. Gleichzeitig lässt sich der Aufbau
so gestalten, dass die gesamte Sensorik in einem robusten
staubgeschützten Industriegehäuse untergebracht werden
kann. In Bild 2 ist das Prinzip der Lasertriangulation dargestellt.
Bild 3: typisches Triangulationsbild des verwendeten
Bauteils (ohne Schicht)
Bild 2: Prinzip der Lasertriangulation mit Δh: Objekthöhe,
c: Triangulationsfaktor
Der senkrecht auf der Oberfläche des Messobjekts diffus
reflektierte Laserstrahl wird vom Zeilen- CCD- Sensor der
Kamera aufgenommen. Verändert sich die Höhe der Oberfläche
(Δh) führt dies zu einer Positionsänderung des reflektierten
Laserstrahls (Δh·c) auf dem Sensor. Damit lässt sich die
Höhedifferenz berechnen.
Aus dem Triangulationsbild wählt die neu entwickelte
Software den zu vermessenden Bereich aus (hier die zwei
markierten Bereiche). Ein Schichtauftrag zeigt sich im Bild
durch die Positionsänderung der markierten Bereiche nach
rechts. Da nur der Schichtauftrag an der Spitze der Kontur
gemessen werden soll, muss die Bilderkennung einige störende
Einflüsse erkennen und automatisch beheben. Dazu
zählen unter anderem ein Taumeln des sich drehenden Rings
(Höhenschlag/ Seitenschlag) ein sich veränderndes Reflexionsverhalten
der Oberfläche durch die Übergänge Nullschicht
→ Haftschicht → Deckschicht (Intensitätsänderung) und die
Störung durch den Beschichtungsprozesses selbst (Ver-