Präzises dreidimensionales Messen

Wer Präzisionsprodukte herstellt, etwa optische Linsen oder Halbleiter­technologie, der muss Objekte mit hoher Genauigkeit drei­dimensional erfassen können. Um festzustellen, ob die drei­dimensionale Form exakt stimmt, entwickelt Georg Schitter mit seinem Team am Institut für Automatisierungs- und Regelungs­technik (ACIN) an der TU Wien nun neuartige 3D-Messsysteme, die auf dem Einsatz beweglicher Spiegel und Laserstrahlen beruhen. Dafür wurde am 26. Januar 2016 an der TU Wien das Christian-Doppler-Labor für Präzisionstechnologie für automatisierte In-Line Messtechnik eröffnet. Unterstützt wird das neue Labor vom Bundes­ministerium für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft, der Firma Atensor Engineering and Technology Systems aus Steyr und der Firma Micro-Epsilon Messtechnik.

„Die Entwicklung und Anwendung modernster Messtechnik ermöglicht die Entstehung immer präziserer und ausgereifterer Produkte. Die wissen­schaftliche Expertise der TU Wien und die Praxiserfahrung der involvierten Unternehmen ermöglichen Forschung, die sich an den Bedürfnissen des Marktes orientiert“, so Wissenschafts-, Forschungs- und Wirtschafts­minister Reinhold Mitterlehner. „Von Forschung und Innovation im Hochtechnologie-Bereich profitieren alle beteiligten Partner und langfristig auch der Standort Österreich.“

Wir können dreidimensional sehen, weil beide Augen leicht unter­schiedliche Bilder liefern. Auch moderne Kameras kann man auf ähnliche Weise verwenden – für die hochpräzise Erfassung dreidimensionaler Formen genügt das allerdings nicht. „Wir verwenden Laser-basierte optische Sensoren, mit denen man Abstände hochauflösend messen kann“, erklärt Georg Schitter. „Mit beweglichen Spiegeln lässt man die Laser­strahlen über eine Oberfläche gleiten, damit kann das ganze Objekt Punkt für Punkt abgerastert, erfasst und am Computer analysiert werden.“ Die Genauigkeit, die sich damit erreichen lässt, ist beeindruckend: „Eine vertikale Auflösung von deutlich weniger als einem Mikrometer ist damit möglich“, sagt Schitter. Er beschäftigt sich schon seit Jahren mit solchen 3D-Mess­systemen, durch das neue CD-Labor kann er seine Forschung nun deutlich ausbauen.

Wenn man diese Präzision erreichen will, kann man nicht einfach fertige Bauteile kaufen und zusammenfügen. Von einzelnen mechatronischen Komponenten bis zur elektronischen Echtzeit-Regelung, von den Laserspiegeln bis zur Computersoftware – alle Komponenten müssen perfekt aufeinander abgestimmt werden. Jeder einzelne Schritt, jede Komponente wird daher im CD-Labor an der TU Wien speziell entwickelt. „Schon beim Entwurf muss man genau überlegen, wie die System­komponenten am besten zusammenwirken. Dadurch kann man nicht nur die Auflösung erhöhen, sondern beispiels­weise auch die Geschwindigkeit und die Energieeffizienz“, erklärt Schitter.

Nicht nur die Form, sondern beispielsweise auch die Farbe von Objekten kann mit den im CD-Labor entwickelten Sensoren gemessen werden – etwa um während des Produktions­prozesses zu überwachen, ob auch wirklich exakt der richtige Farbton getroffen wurde. „Unser System soll direkt im Produktions­betrieb eingesetzt werden und am Fließband laufend überwachen, ob die Qualität stimmt“, sagt Georg Schitter. „Mit unseren Mess­systemen funktioniert das schnell, vollautomatisch und ohne direkten Kontakt.“

Das Christian-Doppler-Labor für Präzisions­technologie für automatisierte In-Line-Messtechnik wurde am 26. Januar 2016 an der TU Wien offiziell eröffnet. Christian-Doppler-Labore werden von der öffentlichen Hand und den beteiligten Unternehmen gemeinsam finanziert. Wichtigster öffentlicher Fördergeber ist das öster­reichische Bundes­ministerium für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft.

TU Wien / DE