3D-Oberflächenmessung mit digitaler Mehrwellenlängen-Holographie

Handbuch zur industriellen Bildverarbeitung
(Fraunhofer Vision Leitfaden-Reihe Band 17)

Beitrag 2.22: 3D-Oberflächenmessung mit digitaler Mehrwellenlängen-Holographie

Autoren: Markus Fratz, Tobias Beckmann, Fraunhofer IPM

Beispielmessung 10-Cent-Münze
© Fraunhofer IPM

Beispielmessung auf einer 10-Cent-Münze.
Das im Bild links gezeigte Messfeld ist rund 19×19 mm² groß; rechts ist die markierte Detailansicht von links zu sehen (Höhenangaben gemäß Farbskalierung in µm)

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Die digitale Mehrwellenlängen-Holographie hat sich in den letzten Jahren als ein Verfahren zur schnellen und präzisen 3D-Vermessung von Oberflächen etablieren können. Zum Einsatz kommt sie insbesondere dann, wenn hohe Messgenauigkeiten bis in den Sub-Mikrometerbereich, gleichzeitig aber Inline-Messungen im Produktionstakt gefordert werden. Die Skalierbarkeit des Verfahrens ist ein weiterer Vorzug: Während beispielsweise für mikromechanische Bauteile feinste Strukturen aufgelöst werden müssen, können durch Anpassungen am optischen Aufbau auch Messfelder von 30 × 30 mm² und darüber realisiert werden. Spiegelnde und raue Oberflächen können gleichermaßen vermessen werden. Auch Materialverbünde, wie metallische Strukturen auf Kunststoffsubstraten, sind gut messbar, ebenso Verbundwerkstoffe wie kohlefaserverstärkte Kunststoffe. Einzig Volumenstreuer, wie etwa verschiedene Keramiken oder transluzente Kunststoffe, lassen sich mit digitaler Mehrwellenlängen-Holographie nicht vermessen.

Das Verfahren der digitalen Mehrwellenlängen-Holographie (siehe auch Kapitel 2.10),  beruht darauf, dass der zu vermessende Prüfling mit Laserlicht bestrahlt wird. Der Prüfling streut das Licht teilweise zurück zum Sensor. Das rückgestreute Licht wird in der Regel mit einem Objektiv eingesammelt und auf eine Kamera gelenkt. Dort wird es mit unbeeinflusstem Laserlicht überlagert. Die so entstehenden Interferenzbilder der beiden Laserstrahlen tragen die Information über die Form des Objekts in sich. Diese kann durch numerische Berechnungen aus den aufgenommenen Interferenzbildern gewonnen werden. Wird die Messung mit mehreren leicht unterschiedlichen Laserwellenlängen wiederholt, können Messgenauigkeit und Messbereich gesteigert werden. Durch die Wahl der Laserwellenlängen und des optischen Aufbaus lässt sich das Verfahren an verschiedene Einsatzbereiche individuell anpassen.

 

Den vollständigen Beitrag können Sie im »Handbuch zur industriellen Bildverarbeitung« (Leitfaden 17) nachlesen.