3D-Oberflächenmesstechnik Holografie sichert Qualität in der Fertigung

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Optische Messtechniken wie die digitale Holografie ermöglichen die Qualitätssicherung in der Produktionslinie. Bisher waren Größe und Preis der benötigten Lichtquellen ein Hindernis für den Einsatz. Forscher haben nun eine hochintegrierte Laserlichtquelle für die digitale Holografie entwickelt.

Die Qualitätssicherung kritischer Bauteile wird zunehmend anspruchsvoll: Eine immer größere Komponentenvielfalt muss in immer kürzeren Taktraten mit immer höherer Präzision vermessen werden – und das am besten direkt in der Fertigungslinie. Optische Messtechniken sind dafür am besten geeignet. Begrenzender Faktor für deren breiten Einsatz sind jedoch oft die Größe oder der Preis der benötigten Laserlichtquellen. Mit dem kürzlich gestarteten Forschungsprojekt MultiLambdaChip will Fraunhofer IPM gemeinsam mit vier Partnern Abhilfe schaffen.

Zur Realisierung einer hochintegrierten, kostengünstigen und flexiblen Multiwellenlängen-Laserlichtquelle will das Projektteam einen neuartigen photonischen Schaltkreis auf Basis von Lithiumniobat entwickeln. Dieser soll das Licht der Wellenlänge 1.550 nm einer kostengünstigen Laserdiode aus dem Telekom-Umfeld so manipulieren und konvertieren, dass damit hochpräzise Messungen im sichtbaren Spektralbereich möglich werden. Mit einer solchen kostengünstigen Lichtquelle werden holographische Messsysteme für viele neue Aufgaben in der modernen Fertigung wirtschaftlich einsetzbar.

Digitale Holografie für anspruchsvolle Messaufgaben

Gerade in Hightech-Branchen gibt es viele kritische Bauteile mit engen Toleranzen, die mit hohen Taktraten produziert werden - zum Beispiel bei der Herstellung von Mikrochips oder Hochleistungselektronik für Elektromobilität und regenerative Energien. Die digitale Holografie kann hier prinzipiell eine zuverlässige Qualitätskontrolle gewährleisten. Die im Rahmen von MultiLambdaChip entwickelte Lichtquelle wird dafür sorgen, dass solche anspruchsvollen Messaufgaben in der Fertigung zunehmend wirtschaftlich lösbar werden.

Im Projekt wird daher die Einsatzfähigkeit der neuen Laserlichtquelle in Kombination mit holografischen Messsystemen an zwei konkreten industriellen Anwendungen demonstriert: Zum einen soll mit einem neuartigen holographischen Liniensensor erstmals die Qualitätssicherung von Mikrochips während des Ausheizprozesses demonstriert werden. Zum anderen soll ein flächenhaft messendes holographisches Sensorsystem in ein mehrachsiges Handlingsystem integriert werden, um die Maßhaltigkeit keramischer Bauteile zu 100 Prozent kontrollieren zu können. Gelingt dies, werden erstmals hochgenaue 3D-Messungen in der Fertigung möglich, die bisher nur in speziellen Messräumen durchführbar waren.

Qualitätssicherung in der Industrie

Im Projekt MultiLambdaChip geht es um Entwicklung eines integriert-optischen Mehrwellenlängen-Lasersystems für die holographische 3D-Oberflächenmesstechnik in der industriellen Qualitätssicherung. Mit der Erforschung, Entwicklung und Erprobung dieser Innovation adressiert MultiLambdaChip das gesamte Spektrum an Herausforderungen dieser neuen Technologie. Fraunhofer IPM kümmert sich im Projekt zum einen um die Entwicklung eines integriert-optischen Mehrwellenlängen-Lasersystems und zum anderen um die Entwicklung eines neuartigen digital-holographischen 3D-Liniensensors sowie dessen Überführung in die Industrie.

Projektpartner sind HÜBNER Photonics, die Carl Zeiss AG, die cyberTECHNOLOGIES GmbH, die Professur für Optische Systeme der Universität Freiburg/IMTEK und Fraunhofer IPM. Das Projekt wird gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung.

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