Formmessung an Präzisionsbauteilen mit einem dynamisch nachgeführten interferometrischen Zeilensensor

• Antragsteller: Dr.-Ing. Gerd Ehret; Professor Dr.-Ing. Peter Lehmann
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 209933375

Das Vorhaben befasst sich mit der genauen Formerfassung vonPräzisionsbauteilen basierend auf einem linienförmigenMultiabstandssensor, der der Kontur des Messobjektes dynamischnachgeführt wird. In der 1. Projektphase wurde das Konzept zumMessen von näherungsweise rotationssymmetrischen optischenFlächen ausgearbeitet und experimentell verifiziert. Das Messobjektbefindet sich dabei auf einem präzisen Drehtisch. Derinterferometrische Liniensensor nutzt eine sinusförmige Modulationder optischen Weglänge im Referenzarm des Interferometers undeine Zeilenkamera zur Aufzeichnung der Interferenzsignale. Er liefertca. 800.000 Höhenwerte pro Sekunde. Während einer Umdrehungdes Drehtisches wird die Geometrie eines kreisringförmigenSegments der Oberfläche des Messobjektes erfasst. DurchWiederholung solcher Messungen für unterschiedliche radialePositionen und Stitching der einzelnen, sich überlappendenKreisringsegmente lässt sich die gesamte Prüflingsgeometrieermitteln. In der 2. Projektphase wurde das Messsystem um einefaserbasierte Beleuchtung, eine absolute Höhenmessung mittelsWeißlichtinterferometrie für die Kalibrierung und Antastung sowie umeine motorisierte Neigungsnachführung des Sensors erweitert.Zudem wurden Stitchingalgorithmen entwickelt und sukzessiveverbessert, die die redundanten Höhendaten aus denÜberlappbereichen gezielt nutzen, um 3D-Topografien mit hoherPräzision zu berechnen. In der beantragten 3. Projektphase soll daslinienbasierte Formmesssystem um eine Mehr-Zeilenkamera erweitertwerden, die lateral versetzte, zeitgleiche Messungen ermöglicht.Daraus ergeben sich neue Auswertemöglichkeiten undMessstrategien, die untersucht werden sollen. Es können z. B.Oberflächengradienten in Scanrichtung detektiert und bei derSensornachführung berücksichtigt werden, oder es könnenAuswerteverfahren auf Basis von Shearing-Algorithmen eingesetztwerden. Zudem soll der Taumelfehler des Drehtisches, dergegenwärtig die erreichbare Messunsicherheit limitiert, während desMessvorgangs erfasst und sein Einfluss anschließend aus denTopografiemesswerten eliminiert werden. Außerdem ist vorgesehen,das Messsystem auf Prüflingsdurchmesser bis 200 mm zu erweiternund eine On-the-fly-Nachführung des Sensors zu realisieren, so dassauch Freiformflächen gemessen werden können. Es wird erwartet,dass durch die genannten Erweiterungen am Ende der 3.Projektphase deutlich zuverlässigere Messungen mit geringererMessunsicherheit selbst dann möglich sind, wenn der Drehtisch alseinzige Achse, die während einer Kreisringmessung bewegt wird,nicht höchsten Genauigkeitsanforderungen entspricht. Damit sollenideale Voraussetzungen für die mögliche spätere Überführung desMesssystems in die Anwendung z. B. im Rahmen eines Transfer-Projektes geschaffen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen