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30 Wissenschaft & Forschung [2002] Projekt: Ausschreibung 2002: Aktive Optik Erzeugung und Adaptation dynamischer kohärenter Masken für den aktiven <strong>optische</strong>n Form- und Verformungsvergleich Institut für Technische Optik (ITO) der Universität Stuttgart In der Industrie besteht ein großer Bedarf an Messsystemen zum Vergleich und zur Kontrolle technischer Objekte mit rauhen Oberflächen.Die klassische Interferometrie erlaubt nur die Untersuchung von glatten Oberflächen.Aus diesem Grund wird ein neues holografisches Verfahren zum Vergleich der Form oder Verformung zweier nominell identischer, aber physisch unterschiedlicher Objekte mit rauhen Oberflächen entwickelt und implementiert (Muster-Probe-Vergleich) [1]. Die Holografie ermöglicht die Speicherung der vollständigen Information einer Wellenfront, d.h. Amplitude und Phase, auf einem zweidimensionalen Speicher (Fotoplatte oder CCD- Kamera).Daher kann mittels holografischer Rekonstruktion die 3D-Information des Objektes wiedergegeben werden – im Unterschied zur Fotografie, bei der nur die 2D-Information rekonstruiert wird. Auf diese Weise lassen sich Inspektionsergebnisse und Qualitätsaussagen in Prozessechtzeit auch an komplexen Prüfobjekten und über große Entfernungen erzielen.Bei letztgenanntem Verfahren – der sog.Remote Metrology – macht man sich die Möglichkeit zunutze, digitale Hologramme per Datennetzwerk (z.B. Internet) an beliebige Orte zu versenden, um diese digital oder analog rekonstruieren zu können [2]. Das Projekt „Erzeugung und Adaptation dynamischer kohärenter Masken für den aktiven <strong>optische</strong>n Form- und Verformungsvergleich“ am Institut für Technische Optik der Universität Stuttgart konzentriert sich auf die Implementierung und Erprobung des Verfahrens unter besonderer Berücksichtigung der aktiven Kompensation möglicher Justagefehler durch einen rückgekoppelten Regelkreis.Dabei gelangen moderne räumli- Durch die Kombination der Prinzipien der Digitalen Holografie und der Vergleichenden Musterobjekt Beleuchtung Referenz Holografie (VDH) entsteht mit Test- der Vergleichenden Digitalen Holografie ein flexibles Prüf- Referenz objektverfahren, bei dem die gleich- a) Aufnahme des Hologramms b) Aufnahme des Vergleich-Hologramms zeitige physische Präsenz des des Musterobjekts Musters und der Probe eines Abb. 1: Prinzipdarstellung der Objekts mit technischer Ober- Vergleichenden Digitalen Holografie fläche am Ort des Vergleichs nicht erforderlich ist.Die Vergleiche Lichtmodulatoren und Prinzipien der Wellenfrontrekonchende Digitale Holografie macht sich bewusst die Technologie hochauflösender Bildsensoren (CCD-Kameras) und moderner struktion zur Anwendung. räumlicher Lichtmodulatoren (LCD, LCOS) zunutze.Indem das Abb.2 zeigt ein beispielhaftes Ergebnis eines Verformungsver- zuvor aufgezeichnete digitale Hologramm des Musterobjekts in gleichs.Muster- und Testobjekt sind zwei unterschiedliche einen geeigneten Lichtmodulator geschrieben wird, ergibt sich Kunststoffplatten.Das Testobjekt weist gegenüber dem Mus- die Möglichkeit, die Wellenfront (Lichtwelle) zu rekonstruieren, terobjekt drei kreisförmige Defekte auf.Mit einem speziellen um damit das Testobjekt kohärent zu beleuchten.Die Halter lässt sich die Kunststoffplatte kontrolliert verformen.Im Interferenzphase des schließlich rekonstruierten digitalen vorliegenden Experiment beträgt die Verformung 5 µm.Es wird Hologramms des Testobjekts verkörpert lediglich die Form- ein Hologramm des Musterobjekts im ungestörten sowie im bzw.Verformungsdifferenz zwischen Muster- und Testobjekt. verformten Zustand auf (Abb.1a) aufgenommen.Die Abb.1b)
Abb. 2: Verformungsdifferenz zwischen zwei Kunststoffplatten. Das Testobjekt weist gegenüber dem Musterobjekt drei kreisförmige Defekte auf. zeigt die Beleuchtung des Testobjekts im ungestörten Zustand mit der konjugierten rekonstruierten Wellenfront des Musterobjekts im ungestörten Zustand. Die gleiche Prozedur wird für die verformten Zustanden durchgeführt. Aus den zwei aufgenommenen Hologrammen, ergibt sich der Verformungsvergleich zwischen dem Muster- und dem Testobjekt (Abb. 2). Die drei Defekte des Testobjekts auf einem Streifenhintergrund sind klar sichtbar. Die Streifen im Hintergrund haben zwei Ursachen: Erstens eine ungewollte Abweichung zwischen der rekonstruierten Wellenfront des Muster- und Testobjekts welche durch eine Phasenschiebung, die in das LCD geschrieben wird, kompensiert werden kann und zweitens eine grundsätzliche Formabweichung zwischen Muster und Testobjekten. Im Vergleich zu anderen Messverfahren bietet die VDH Technik folgende Vorteile: Die interferometrische Auflösung zum Vergleich der Form oder Verformung zweier nominell identischer, aber physisch unterschiedlicher Objekte mit rauhen Oberflächen. Des Weiteren kann das Musterhologramm über das Internet an beliebigen Ort rekonstruiert werden. Referenzen: [1] Osten, W., Baumbach, T., Jüptner, W., "Comparative digital holography", Optics Letters 27 (2002), pp. 1764-1766. [2] Osten, W., Baumbach, T., Seebacher, S., Jüptner, W., "Remote shape control by comparative digital holography", Proc. Fringe (2001), Elsevier Science, pp. 373-382. 31
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