CCT-Sensor für inlinefähige konfokale 3D-Messtechnik für spiegelnde und diffuse Oberflächen

Das Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB, Karlsruhe, stellt den inlinefähigen 3D-Sensor zur Messung der Topographie von Oberflächen von spiegelnden bis voll diffusen, z.B. rauen Oberflächen vor. Der CCT-Sensor (Chromatic Confocal Triangulation) kombiniert dabei das chromatische konfokale Messprinzip mit dem der Triangulation. Bei bis zu 16.000 Zeilenmessungen pro Sekunde wird in jedem Messzyklus eine Zeile von mehr als 1000 nebeneinanderliegenden Höhenwerten gemessen. Die vertikale Auflösung des Sensors liegt im einstelligen Mikrometerbereich und deckt gleichzeitig einen Messbereich von 2,5 Millimetern ab.

Der optische Aufbau kodiert mittels einer speziellen Beleuchtung in Form eines Lichtfächers aus unterschiedlichen Wellenlängen verschiedene Objekthöhen. Die eigentliche Messung der Höhe erfolgt durch die Bestimmung der korrespondierenden Wellenlänge des Lichts mittels einer multispektralen Zeilenkamera. Um eine schnelle Messung der Wellenlänge mit hoher Präzision zu ermöglichen, wurde eigens eine sechskanalige, multispektrale Aufnahmetechnik entwickelt. Die multispektrale Zeilenkamera kombiniert die spektrale Auflösung eines Spektrometers mit der Geschwindigkeit einer Zeilenkamera im kHz-Bereich. Durch dieses Gesamtkonzept wird das Messdatenaufkommen gering gehalten und es können die derzeit höchsten Messgeschwindigkeiten erzielt werden.

Durch die hohe Messgeschwindigkeit ist der CCT-Sensor besonders für den Einsatz in der Inline-Produktionsüberwachung geeignet. Aktuell liegt die Messgeschwindigkeit des Systems bei 16 kHz. Diese lässt sich durch die Verwendung von Hochleistungslichtquellen auf über 100 kHz steigern. Der technische Aufbau kommt ohne bewegliche Komponenten aus, was einen geringen Wartungsaufwand und wirtschaftlichen Preis verspricht.