25.08.2023 • OptikMesstechnik

Ein dynamisch-holographisches Messverfahren

Neues Methode ermöglicht erstmals hochpräzise Vermessung von sich bewegenden Bauteilen.

Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Verbundprojekts „HoloMotion – Dynamisch-holo­graphisches Mess­ver­fahren zur Erfassung metallischer Freiform­flächen“ konnten Wissen­schaftler von Fraunhofer-Institut für physi­ka­lische Messtechnik in Freiburg zeigen, dass digital-holo­graphische Messungen auch an sich bewegenden Prüflingen möglich sind. Damit gelang es dem Team, die Vorteile der Inter­fero­metrie erstmals auch auf bewegten Oberflächen zu nutzen. Als Muster­applikation für das neue Verfahren wurde die Verzahnungs­messung ausgewählt, die aufgrund hoher Neigungs­winkel und geringer Bauteil­toleranzen für inter­fero­metrische Messungen extrem heraus­fordernd ist.

Abb.: Im Rahmen des Projekts HoloMotion wurde ein Demon­strator zur...
Abb.: Im Rahmen des Projekts HoloMotion wurde ein Demon­strator zur opti­schen Ver­zah­nungs­mes­sung für den pro­duk­tions­nahen Ein­satz ent­wickelt. Damit konnte ge­zeigt werden, dass die digital-holo­gra­phische Ver­mes­sung von Ver­zah­nun­gen im indus­tri­ellen Um­feld mög­lich ist. (Bild: Fh.-IPM)

Das Team konnte erstmals zeigen, dass digital-holo­graphische Messungen selbst bei Geschwindig­keiten von deutlich über zehn Millimetern pro Sekunde möglich sind. Entscheidend ist dabei die Richtung der Bewegung: Bewegungen senkrecht zur optischen Achse sind unkritisch und erlauben weiterhin präzise inter­fero­metrische Messungen. Kritisch hingegen sind axiale Bewegungen, also Bewegungen in die Richtung, in die das Verfahren am genauesten misst. Solche Messungen sind sehr empfindlich und schon kleinste Bewegungen ab einer halben Wellenlänge machen sie unmöglich.

Um diese Störungen zu kompensieren, hat das Team zunächst die fundamentalen Zusammenhänge und Grenzen untersucht und darauf aufbauend erfolgreiche Lösungs­strategien entwickelt. Das Ergebnis ist ein patentierter Kompen­sa­tions­ansatz, mit dem sich selbst axiale Relativ­bewegungen von deutlich mehr als einer Wellenlänge pro Belichtungs­zeit kompensieren lassen. Bislang als unmöglich angesehene Messungen werden dadurch möglich.

Zusammen mit den Industrie­unter­nehmen Frenco und ZF Friedrichs­hafen wurde ein Demon­strator­system zur optischen Verzahnungs­messung für den produk­tions­nahen Einsatz entwickelt und erprobt. Damit konnte bei ZF Friedrichs­hafen gezeigt werden, dass die digital-holo­graphische Vermessung von Verzahnungen im indus­tri­ellen Umfeld möglich ist. Die digitale Holographie hat als rein optisches Verfahren gegenüber der bisher etablierten taktilen Verzahnungs­messung einen großen Vorteil: Flächige Flanken­messungen sind im Sekunden­takt möglich.

Das Fraunhofer-IPM ist seit Jahren führend bei Anwendungen der digitalen Mehr­wellen­längen-Holographie. Der am Institut entwickelte industrie­taugliche HoloTop-Sensor zur 100%-Inline­prüfung von Präzisions­bauteilen beispiels­weise erlaubt die Messung von bis zu einhundert Millionen 3D-Punkten pro Sekunde. Im Projekt HoloMotion ist es nun gelungen, diese Technologie für die Messung bewegter Objekte zu erweitern und damit sowohl die inter­fero­metrische Messtechnik im Allgemeinen als auch die optische Verzahnungs­messtechnik im Speziellen stark voran­zu­bringen.

FG / RK

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