Quality Engineering 04.18

:: Innovationsforum
Digitale Mehrwellenlängenholographie
Präzise optische Messung unter
rauen Fertigungsbedingungen
Metallische Produkte, die zum Beispiel durch Tiefziehen oder andere Kaltumformungsprozesse
entstehen, müssen immer häufiger sehr exakte 3D-Oberflächeneigenschaften aufweisen – etwa
auf Dichtflächen oder an Graten. Mit der digitalen Mehrwellenlängenholographie lassen sich
Oberflächen präzise in der Fertigungslinie 3D vermessen – auch unter rauen Bedingungen.
Das Inline-3D-Inspektionssystem Holotop
lässt sich direkt in die Fertigungslinie
integrieren. Es vermisst 3D-Oberflächen
mit 10 Megapixel Auflösung und
10 Hz Aufnahmefrequenz
Bilder: Fraunhofer IPM
Der Referent
Dr. Daniel Carl
stellv. Institutsleiter und
Abteilungsleiter
Produktionskontrolle
Fraunhofer IPM
www.ipm.fraunhofer.de
Die Detektion feiner Restgrate und die Prüfung von Präzisionsoberflächen
stellen die Qualitätssicherung vor
größte Herausforderungen. Sichtprüfung und Machine-
Vision-Systeme erfüllen häufig nicht die Anforderungen
bezüglich Zuverlässigkeit und Dokumentation, die man
heute an moderne Produktionsanlagen stellt. Mit der
digitalen Mehrwellenlängenholographie steht erstmals
ein Verfahren zur Verfügung, das zuverlässig eine vollständige
dreidimensionale Erfassung von Bauteiloberflächen
im Sub-Sekunden-Takt ermöglicht. Die Vermessung
der Oberflächen von Bauteilen erfolgt kontaktlos,
hochpräzise und extrem schnell.
Bei der digitalen Mehrwellenlängenholographie wird
der zu vermessende Prüfling mit Laserlicht bestrahlt.
Der Prüfling streut das Licht teilweise zurück zum Sensor.
Dort wird es mit unbeeinflusstem Laserlicht zu einem
Interferenzbild überlagert. Dieses trägt die Information
über die Form des Objekts in sich. Aus diesen Interferenzbildern
lassen sich die 3D-Daten numerisch errechnen
und visualisieren. Wiederholt man die Messung
mit mehreren leicht unterschiedlichen Laserwellenlängen,
können Messgenauigkeit und Messbereich je
nach Aufgabe gesteigert werden. Durch die Wahl der Laserwellenlängen
und des optischen Aufbaus lässt sich
das Verfahren an verschiedene Einsatzbereiche individuell
anpassen. Die Entwicklung bezahlbarer Lasersysteme,
die schnell zwischen verschiedenen, sehr dicht
beieinanderliegenden Wellenlängen umschalten beziehungsweise
durchstimmen können, macht das Verfahren
für die industrielle Messtechnik interessant. Das
Verfahren wird bereits seit einigen Jahren direkt in der
Produktionslinie eingesetzt.
Die digitale Mehrwellenlängenholographie liefert
selbst bei hohen Messraten hochgenaue Messergebnisse
– und das in Produktionsumgebungen. Messgenauigkeiten
im Sub-Mikrometer-Bereich sind kein Problem.
Das prädestiniert die digitale Mehrwellenlängenholographie
für Hochdurchsatzfertigungen mit extrem hohen
Genauigkeitsforderungen. Mit aktuellen digital-holographischen
Messsystemen kann Fraunhofer IPM
mehr als 100 Millionen 3D-Punkte pro Sekunde messen.
So beträgt die Messzeit für ein Messfeld von rund 20
mm x 20 mm aktuell lediglich 60 ms. Eine Einzelmessung
besteht dabei aus rund 10 Millionen Messpunkten.
Das grenzt das Verfahren hinsichtlich Mess- und
Auswertegeschwindigkeit deutlich gegen eine Vielzahl
anderer optischer 3D-Messverfahren ab. Ein im Sensorkopf
integriertes kalibriertes Normal erlaubt es, die
Messung permanent auf das Normal zurückzuführen
und quasi in Echtzeit zu kalibrieren. Alternativ besteht
die Möglichkeit, die Einzelwellenlängen mit einem
hochauflösenden Spektrometer oder Wavemeter zu
messen und damit das Messsystem zu kalibrieren.
Im Gegensatz zu allen anderen bildgebenden
3D-Messverfahren kommt die digitale Holographie ohne
ein abbildendes System aus. Das hat den Vorteil, dass
keine Abbildungsfehler wie beispielsweise Verzeichnungen
in die Messung eingebracht werden. Die laterale
Auflösung wird auch bei der linsenlosen Anordnung
durch die numerische Apertur und damit maßgeblich
30 Quality Engineering 04.2018