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.
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
Weitere Infos
- Geometrische Inline-Messtechnik, Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik, Freiburg
- HoloMotion – Dynamisch-holographisches Messverfahren zur Erfassung metallischer Freiformflächen, Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., München
