Digitale Holographie: Das kann sie in der Produktion leisten

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In die Werkzeugmaschine integriert könnten holographische Messsysteme künftig 100-Prozent-Kontrollen ermöglichen. Wie das geht, zeigt eine aktuelle Fraunhofer-Arbeit.
3D-Messaufgaben, die bisher nur in Messräumen stichprobenartig durchgeführt werden konnten, können nun dank Holographie an 100 Prozent aller Bauteile auf der gesamten Fläche direkt in der Linie durchgeführt werden.

Quelle: Tobias Beckmann/Fraunhofer IPM

Forscher des Fraunhofer IPM in Freiburg geben in der Zeitschrift „Light: Advanced Manufacturing“ einen Überblick über das industrielle Anwendungsspektrum der digitalen Holographie mit mehreren Wellenlängen. Digital-holographische Messsysteme unterscheiden sich von anderen optischen Sensoren durch ihre hohe Messgenauigkeit bei gleichzeitig kurzer Messzeit.

3D-Messaufgaben, die bisher nur in Messräumen stichprobenartig durchführen ließen, lassen sich nun dank Holographie an 100 Prozent aller Bauteile auf der gesamten Fläche direkt in der Linie erledigen .

Wie Fraunhofer die digitale Holographie untersucht

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. Wie es dazu kam, beschreiben Messtechnikexperten von Fraunhofer IPM nun in einem Übersichtsbeitrag in der Zeitschrift „Light: Advanced Manufacturing“.

Dort stellen sie verschiedenste industrielle Anwendungen digital-holographischer Sensoren vor – von der ersten Installation in der Fertigung von Dichtflächen für den Automotive-Bereich im Jahr 2015 bis zum aktuellen Einsatz in der hochpräzisen Prozessorfertigung im Jahr 2021. Das Alleinstellungsmerkmal digital-holographischer Sensoren ist die submikrometergenaue Inline-Messung auf makroskopischen Messfeldern. Inzwischen sind derartige Messsysteme so kompakt und so robust, dass sie auch in 5-Achs-Werkzeugmaschinen zur Qualitätskontrolle eingesetzt werden können.

Wie sie funktioniert

Holographische Messungen gewinnen die Höheninformation eines Objekts aus der Phase des am Prüfobjekt reflektierten/gestreuten Laserlichts. Geschickter Einsatz mehrerer Laser mit unterschiedlichen Wellenlängen erlauben es auch, makroskopische Objekte mit Submikrometergenauigkeit zu vermessen.

„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“, sagt Dr. Alexander Bertz, Gruppenleiter am Fraunhofer IPM. „Als Erweiterung der klassischen Interferometrie bietet die digitale Holographie eine weitere sehr nützliche Eigenschaft: Die rekonstruierte Wellenfront lässt sich numerisch propagieren. Das bedeutet: Man kann auch nach erfolgter Aufnahme die Schärfenebene in den digitalen Daten beliebig verschieben. Das hat viele Vorteile für die industrielle Anwendung – vor allem in der Linie.“

Wofür sich die digital Holographie eignet

Generell kann die digitale Mehrwellenlängenholographie alle Anwendungen erschließen, in denen es gilt, mehrere quadratzentimetergroße Messfelder mit Submikrometergenauigkeit topographisch zu erfassen und zu prüfen. Die vergleichsweise sehr kurzen Messzeiten von deutlich unter einer Sekunde erlauben eine quantitative 100-Prozent-Prüfung in der Linie, wo bislang nur Stichprobenprüfungen möglich sind.

Originalveröffentlichung

M. Fratz, T. Seyler, A. Bertz, D. Carl, Digital Holography in Production: An Overview. Light: Advanced Manufacturing 2, Article number: 15 (2021).

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