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Optische Messtechnik Digital-holographischer Sensor erstmals in einem Koordinatenmessgerät

Von Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter 2 min Lesedauer

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Fraunhofer-Institut für Physikalische Meßtechnik IPM
Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG
GLYN GmbH & Co. KG
ISH Ingenieursozietät GmbH

Die Koordinatenmesstechnik entwickelt sich von rein taktilen Geräten in Richtung Multisensorsysteme. Fraunhofer-Forscher haben nun weltweit erstmalig einen hochpräzise messenden digital-holographischen Sensor vollständig in ein Koordinatenmessgerät integriert.

HoloTop NX, integriert in das Koordinatenmessgerät Leitz Infinity von Hexagon am Fraunhofer IPM. Durch die Erweiterung um einen optischen Sensor ist eine flächige, hochauflösende Qualitätsprüfung kritischer Bauteilbereiche wirtschaftlich möglich.(Bild: Fraunhofer IPM)
HoloTop NX, integriert in das Koordinatenmessgerät Leitz Infinity von Hexagon am Fraunhofer IPM. Durch die Erweiterung um einen optischen Sensor ist eine flächige, hochauflösende Qualitätsprüfung kritischer Bauteilbereiche wirtschaftlich möglich.
(Bild: Fraunhofer IPM)

Die digitale Mehrwellenlängen-Holographie hilft bei der hochgenauen und flächigen Vermessung von Oberflächentopographien. Am Fraunhofer IPM wurde das optische Verfahren in den vergangenen Jahren weiterentwickelt. Die Sensoren der HoloTop-Systemfamilie messen Oberflächentopografien schnell und mit Genauigkeiten bis in den Submikrometerbereich.

Als Inline-Systeme sind sie bereits vielfach zur 100-Prozent-Qualitätskontrolle im industriellen Einsatz. Die jüngste Variante des digital-holographischen Sensors HoloTop NX ermöglicht flächige Messungen münzgroßer technischer Oberflächen in etwa einer Zehntelsekunde und erzeugt dabei bis zu neun Millionen 3D-Punkte. Der Sensor ist dabei kaum größer als eine Konservendose und wurde nun erstmals in das 3D-Koordinatenmessgerät Leitz Infinity 12.10.7 der PMM-C Baureihe der Firma Hexagon integriert und getestet.

Systemintegration in die industrielle Praxis

Die vollständig kabellose Integration in das Koordinatenmessgerät (KMG) erfolgte über das SENMATION-System von Hexagon, eine universelle Schnittstelle für den vollautomatischen Sensorwechsel. Dank der Möglichkeit, zwischen optischer und taktiler Messung zu wechseln, ist eine hochgenaue Fusion der Messdaten möglich. Ein am Fraunhofer IPM installiertes Nullpunktspannsystem ermöglicht bei Bedarf einen einfachen Wechsel der zu vermessenden Bauteile zwischen Trägersystemen, beispielsweise für die Nachbearbeitung in einer Werkzeugmaschine.

Nutzwert für die Qualitätssicherung

Bei einer Vergleichsmessung an einem Testobjekt von 75 mm x 75 mm erzeugt HoloTop NX innerhalb von weniger als zwei Minuten mehr als 700 Millionen 3D-Messpunkte, während das KMG bei maximaler Genauigkeit taktil 729 Messpunkte innerhalb von rund vier Minuten aufzeichnet.

Statt einer lateral grob aufgelösten Einzelpunktdarstellung zeigt das holographische Messergebnis das Oberflächenprofil des Prüflings in einer vergleichbaren Genauigkeit von unter 1 µm. Der Arbeitsabstand des Sensors ist mit 120 mm vergleichsweise hoch. Die digitale Holographie ermöglicht darüber hinaus Messungen außerhalb des Fokus im Bereich mehrerer Zentimeter. Das ermöglicht es grundsätzlich, optische Taster oder Spiegeloptiken zu integrieren, mit denen der Sensor den Prüfling dank des großen Arbeitsbereichs aus verschiedenen Winkeln und Entfernungen messen kann. Damit kann perspektivisch in verschiedene Richtungen gemessen werden, ähnlich wie bei einem Sterntaster. (heh)

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