Hyperzentrische Bildgebung in der kohärent-optischen Messtechnik (HyperCOMet)

Technische Bauteile können während des Produktionsprozesses unerwünschten geometrischen Formabweichungen ausgesetzt sein und Oberflächendefekte wie z.B. Risse oder Dellen aufweisen. Daher ist die Formprüfung eine wesentliche Voraussetzung für die industrielle Qualitätssicherung. Ist höchste Präzision gefordert, haben sich interferometrische Methoden etabliert. Sie arbeiten berührungslos und bieten Messunsicherheiten im Bereich von Bruchteilen der Lichtwellenlänge. Der Fortschritt in der Mikrokaltumformung und der Mikrosystemtechnik ermöglicht die Produktion immer komplexer geformter Bauteile. Hieraus folgen stetig neue Anforderungen an die optische Messtechnik. Zukünftige interferometrische Messsysteme müssen neben der hohen Präzision auch diesen Ansprüchen gerecht werden und die Prüfung entsprechend komplex geformter Bauteile in angemessener Zeit ermöglichen.

Derzeit verfügbare Systeme können dies nicht leisten, da die zugehörigen Abbildungssysteme einen eingeschränkten Blickwinkel haben und die vollständige Erfassung der 3D Form eines Objektes nur aus einer Kombination mehrerer Blickwinkel gelingt. Aus diesem Grunde erfordern die vorhandenen Methoden einen erheblichen Hardwareeinsatz und zeitaufwendige Kalibrier- und Stitching-Verfahren, um die Formdaten zu gewinnen. Eine Lösung für dieses Problem könnten hyperzentrische Abbildungssysteme bieten, die kürzlich im Bereich der Bildverarbeitung eingeführt wurden. Sie ermöglichen die Rundumsicht (z.B. die Sichtbarkeit von Seitenflächen) eines konvex geformten Objektes. Derzeit wird die Technik hauptsächlich in der Bildverarbeitung eingesetzt, um Irregularitäten auf Objektoberflächen zu identifizieren. Trotzdem diese Abbildungsmodalität auch einen erheblichen Vorteil für interferometrische Methoden bieten könnte, wurde in der Literatur über den Einsatz in der Interferometrie bisher nicht berichtet.

Das Ziel dieses Projektes ist es daher, die hyperzentrische Abbildung in den Bereich der kohärenten Formmesstechnik einzuführen. Es ist zu erwarten, dass dieser Ansatz eine schnelle und präzise Formmessung für komplex geformte Bauteile in der industriellen Qualitätssicherung ermöglicht. Beispielhaft sollen die beiden kohärenten Formmessverfahren der Mehrwellenlängen- Interferometrie und der spektralen Weißlichtinterferometrie entsprechend erweitert werden. Dies erfordert ein umfängliches Verständnis des hyperzentrischen Abbildungsprozesses auf Basis der Wellenoptik, mit Schwerpunkt auf der Speckle-Statistik und den Kohärenzeigenschaften des Lichtes. Darüber hinaus ist es notwendig, ein Geometriemodell zu entwickeln, das die Bestimmung der Objektform auf Basis der interferometrisch gemessenen Gangunterschiede erlaubt und die Abbildungseigenschaften hyperzentrischer Objektive berücksichtigt. Die Ergebnisse dieses Projektes könnten zu einer neuen Generation kompakter und präziser Messsysteme führen, die eine Rundummessung der Objektform mit Messunsicherheiten bis in den sub-Mikrometerbereich ermöglichen.

Ausgewählte Veröffentlichungen:

C. Krause, R. B. Bergmann, C. Falldorf: Statistical analysis of phase values for the determination of step heights in multi-wavelength interferometry. tm - Technisches Messen 89 (6), 430-437 (2022).
DOI: https://doi.org/10.1515/teme-2021-0139

Laufzeit:

01.04.202-30.06.2025

Förderkennzeichen:

BE 1924/55-1, 430572965

Fördermittelgeber:

DFG Deutsche Forschungsgemeinschaft