Digitalholographisches 3D-Inline-Prüfsystem

Die Vermessung dreidimensionaler Oberflächen ist eine gängige Aufgabe für die industrielle Messtechnik. Typischerweise verwendet man dafür optische Verfahren wie Streifenreflexion, Lasertriangulation oder Interferometrie. Solche Systeme sind jedoch für viele Messaufgaben in der Inline-Inspektion entweder zu langsam oder zu ungenau. Das neue Inspektionssystem HoloFlash des Fraunhofer IPM verbindet dank eines digital-holographischen Verfahrens hohe Messgeschwindigkeit mit großer Genauigkeit.

In der Fertigungslinie von Hightech-Produkten oder sicherheitsrelevanten Bauteilen muss nicht selten jedes einzelne Bauteil geprüft werden. Das sollte im Idealfall schon in der Produktion geschehen. Das Inspektionssystem HoloFlash, das am Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM in Freiburg entwickelt wurde, kann relevante Mikrostrukturen innerhalb von nur einer Millisekunde erfassen. Grundlage des Systems ist ein digital-holographisches Messverfahren, das trotz der kurzen Messzeit eine hohe Genauigkeit aufweist.

Das digital-holografische Inspektionssystem HoloFlash
© Fraunhofer IPM

Schnell und genau: Das digital-holografische Inspektionssystem HoloFlash stellt die 3D-Oberflächenstruktur einer Zwei-Euro-Münze (links) in rund einer halben Sekunde fertig ausgewertet zur Verfügung (rechts).

 

HoloFlash ist im Gegensatz zu vergleichbar exakten optischen Messverfahren nicht scannend und kommt stattdessen mit einer flächigen blitzartigen Belichtung aus. Dabei beleuchtet ein aufgeweiteter Laserstrahl die zu vermessende Oberfläche und wird nach der Reflexion mit dem Ursprungslaserstrahl überlagert. In der dann vorliegenden Interferenzwelle sind alle notwendigen 3D-Informationen der beleuchteten Oberfläche enthalten. Ein Hochleistungs-CCD-Chip (Charged Coupled Device) zeichnet das 2-dimensionale Interferenzmuster – das digitale Hologramm – mit 16-Megapixel-Auflösung auf. Anschließend wird daraus numerisch das 3D-Bild durch ein räumliches Phasenschiebeverfahren in Kombination mit der numerischen Lösung des Beugungsintegrals rekonstruiert. Das geschieht sehr schnell: Nach kaum einer halben Sekunde steht das 3D-Messergebnis beispielsweise zur Produktionsregelung zur Verfügung.

Als berührungslos arbeitendes Messsystem eignet sich HoloFlash besonders für die schnelle 3D-Oberflächenvermessung von Bauteilen. Besondere Vorteile verspricht HoloFlash durch seine kurze Belichtungszeit von unter einer Millisekunde bei schnellen Inspektionsaufgaben in der Fertigung von Hightech-Produkten und -Halbzeugen – etwa in Luftfahrt-, Automobil- oder Medizintechnik. Die laterale Auflösung liegt bei 20 μm, die vertikale Auflösung bei unter 1 μm. Die Kombination aus kurzer Messzeit und hoher Auflösung bei einer Messfeldgröße von 4×4 cm² macht HoloFlash für viele Aufgaben besonders in der Inline-Messtechnik interessant. Sowohl die laterale Auflösung als auch die Messfeldgröße sind dabei flexibel an die jeweilige Applikation anpassbar. Das zugrunde liegende Verfahren der digitalen Holografie arbeitet zusätzlich sehr tolerant gegenüber leicht spiegelnden oder rauen Oberflächen. Die hohe Vibrationsunempfindlichkeit des gesamten Systems erlaubt eine einfache Integration selbst in raue Produktionsumgebungen.