Smarter messen Das leistet die digitale Holographie in der Produktion

Redakteur: Peter Königsreuther

Was die digitale Holographie für die industrielle Fertigung bedeuten kann, fassten Experten in der Zeitschrift „Light: Advance Manufacturing“ kürzlich zusammen. Hier ein Ausschnitt.

Firmen zum Thema

Die digital-holografische Messtechnik kann mikrometerfeine Strukturen in weniger als einer Sekunde erfassen. Hier ein kleiner Überblick von den damit sich beschäftigenden Experten, des Fraunhofer-Instituts für Physikalische Messtechnik.
Die digital-holografische Messtechnik kann mikrometerfeine Strukturen in weniger als einer Sekunde erfassen. Hier ein kleiner Überblick von den damit sich beschäftigenden Experten, des Fraunhofer-Instituts für Physikalische Messtechnik.
(Bild: Fraunhofer-IPM)

Die digitale Holographie hat sich im letzten Jahrzehnt zu einer der schnellsten und gleichzeitig genauesten Methoden für die Erfassung der Oberflächentopographie von Bauteilen in der Produktionslinie entwickelt, merken die Forschenden an. Verschiedenste industrielle Anwendungen von digital-holographischen Sensoren sind vorstellbar und bereits ausgeführt. Das reicht von der ersten Installation in der Fertigung von Dichtflächen für den Automotive-Bereich im Jahr 2015 bis hin zum aktuellesten Einsatzfall im Rahmen der hochpräzisen Prozessorfertigung seit 2021.

Der physikalische Unterschied zur Fotografie

Im Gegensatz zur Fotografie, bei der die räumliche Verteilung der Lichtintensität gespeichert wird, nutzt die Holographie zusätzlich die Aufzeichnung der Phaseninformation, erklären die Forschenden am Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik (IPM) in Freiburg. Die Basis ist eine kohärente Lichtquelle, wie etwa ein Laser. Wird die Oberfläche eines Prüflings mit Laserlicht angestrahlt, ist in der Phasenverteilung der zurück gestreuten Lichtwelle die Form des Prüflings optisch gespeichert. Durch die interferometrische Aufzeichnung und die anschließende digitale Rekonstruktion kann diese Information zugänglich gemacht und genutzt werden. So lassen sich auch Oberflächen dreidimensional vermessen. Die Vorteile sind besonders kurze Messzeiten (unter einer Sekunde) und eine hohe Messpräzision, heißt es weiter.

Wenn mehr Laserwellenlängen im Spiel sind...

Anders als die klassische Interferometrie oder Holographie, die nur mit einer Laserwellenlänge arbeiten, können mit der sogenannten Mehrwellenlängen-Holographie auch optisch raue Oberflächen vermessen werden. Denn das auf rauen Oberflächen typischerweise entstehende Specklerauschen, das quantitative Phasenauswertungen zur Topographiebestimmung normalerweise unmöglich macht, wird durch die numerische Rekonstruktion bei verschiedenen Wellenlängen eliminierbar, erklären die Freiburger weiter.

Inline-Messung in der 5-Achs-Werkzeugmaschine

Zurück zu den Sensoren: Das Alleinstellungsmerkmal digital-holographischer Sensoren ist die submikrometergenaue Inline-Messung auf makroskopischen Messfeldern. Inzwischen seien derartige Messsysteme so kompakt und so robust, dass sie auch in 5-Achs-Werkzeugmaschinen zur Qualitätskontrolle eingesetzt werden können.

Bei holographischen Messungen wird die Höheninformation eines Objekts aus der Phase des am Prüfobjekt reflektierten respektive gestreuten Laserlichts gewonnen. Durch den, wie es weiter heißt, geschickten Einsatz mehrerer Laser mit unterschiedlichen Wellenlängen können auch makroskopische Objekte mit Submikrometerpräzision erfasst werden. „Digital-holographische Messungen funktionieren sowohl auf spiegelnden als auch auf matten Oberflächen. Diese Unabhängigkeit von der Probenrauigkeit und die Möglichkeit, auch steile Flanken zu messen, machen das Verfahren in der industriellen Fertigung universell einsetzbar“, macht Dr. Alexander Bertz, Gruppenleiter am Fraunhofer IPM, klar. Als Erweiterung der klassischen Interferometrie biete die digitale Holographie eine weitere sehr nützliche Eigenschaft, denn die rekonstruierte Wellenfront lässt sich numerisch propagieren. Das bedeutet, dass man auch nach erfolgter Aufnahme die Schärfenebene in den digitalen Daten beliebig verschieben kann. Vorteile sollen sich vor allem für Inline-Messungen im Fertigungsumfeld ergeben.

Stichprobenaufwand bei kleinen Objekten passè

Generell kann die digitale Mehrwellenlängen-Holographie alle Aufgaben abdecken, in denen mehrere quadratzentimetergroße Messfelder mit Submikrometergenauigkeit topographisch erfasst und geprüft werden müssen, sagt Bertz. Die vergleichsweise sehr kurzen Messzeiten von deutlich unter einer Sekunde erlaubten eine quantitative 100-Prozent-Prüfung in der Linie, wo man sich bisher nur mit Stichprobenprüfungen behelfen konnte.

(ID:47493751)