Schnelle Formerfassung durch Messung der wechselseitigen Kohärenzfunktion mit einem Scher-Interferometer (Gamma-Profilometrie)

• Antragsteller: Professor Dr. Ralf Bernhard Bergmann
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 265388903

Die Formerfassung ist ein unverzichtbares Werkzeug in der industriellen Qualitätssicherung von Mikrobauteilen. Für eine angestrebte 100%-Prüfung in der Massenproduktion wird eine präzise und robuste Messtechnik gefordert, die vor allem eine hohe Taktrate von unter einer Sekunde pro Teil bieten muss. An dieser Stelle besteht Handlungsbedarf, denn nach heutigem Stand existiert eine solche Messtechnik für Bauteile mit rauer Oberfläche und einer Ausdehnung von einigen 100 Mikrometern in allen Raumrichtungen nicht.Taktile und konfokale Ansätze sind hierzu deutlich zu langsam. Geometrische Ansätze, wie z.B. Mikrostreifenprojektion weisen, ohne Mittelung über eine große Anzahl von Datenpunkten, zu große Messunsicherheiten von ca. 5 bis 10 µm auf. Weißlichtinterferometer sind durch den sequentiellen Ansatz ebenfalls zu langsam und Mehrwellenlängenverfahren sind bei Objektdimensionen von einigen 100 Mikrometern nicht mehr praktikabel, da die zugehörigen Specklefelder aufgrund der großen Wellenlängendifferenz zu stark dekorrelieren.Das Ziel dieses Projektes ist es daher, diese Lücke im Stand der Technik zu schließen und eine solche Messtechnik zur Verfügung zu stellen. Die grundlegende Idee basiert auf dem Verfahren der Scher-Interferometrie, wobei ähnlich wie in der Weißlichtinterferometrie die Eigenschaften einer Beleuchtung mit kurzer Kohärenzlänge genutzt werden sollen um das Oberflächenprofil zu bestimmen. Ein Scher-Interferometer überlagert Licht, das von zwei durch die Scherung s getrennten Orten x und x+s in der Objektebene gestreut wurde. Bei kurzkohärenter Beleuchtung sollte die wechselseitige Kohärenzfunktion Gamma(x, x+s), also der Kontrast und die Phasenlage der Interferenzerscheinung, abhängig von der finiten Differenz des Oberflächenprofils zwischen den durch die Scherung getrennten Orten sein. Gelingt es also, die Funktion Gamma(x, x+s) an jedem Ort der Objektebene x zu bestimmen, sollte sich durch numerische Integration das Oberflächenprofil aus diesen finiten Differenzen ermitteln lassen.Das angestrebte Verfahren zeigt starke Ähnlichkeiten zur Weißlichtinterferometrie bzw. zum Kohärenzradar und dürfte ähnliche Messunsicherheiten bieten. Es besäße gegenüber diesen Methoden aber den großen Vorteil, dass nicht sequenziell über die gesamte Bauteilhöhe gemessen werden muss. Zusätzlich kommt es aufgrund des Common-Path-Ansatzes ohne eine Referenzwelle aus, sodass keine schwingungsisolierte Umgebung erforderlich ist. Diese Vorzüge ermöglichen die aus industrieller Sicht notwendigen Ziele einer verbesserten Robustheit bei gleichzeitig deutlich höherer Messgeschwindigkeit zu erreichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen