Digital-holographische Sensoren erlauben schnelle, flächige und hochpräzise 3D-Messungen direkt in der Fertigungslinie. Moderne HoloTop-Sensorsysteme von Fraunhofer IPM erreichen Genauigkeiten von deutlich unter einem Mikrometer bei Messzeiten von unter einer Zehntelsekunde – je nach Messfeldgröße und Aufgabenstellung. Die Sensoren sind so robust, dass sie selbst in anspruchsvollen Produktionsumgebungen sicher betrieben werden können, fest installiert in hoch getakteten Fertigungslinien oder dynamisch gehaltert an Mehr- achsträgersystemen, z. B. in einem Fräszentrum. Gerade der mögliche Einsatz an beweglichen Trägersystemen eröffnet der Holographie zukünftig weitere Anwendungsfelder: So hat die Digitale Holographie ideale Voraussetzungen eine wichtige Koordinatenmesstechnik der Zukunft zu werden – so genau wie taktile heutige Systeme, aber deutlich schneller in der Datenaufnahme.
Flexible 3D-Inline-Messungen
Die digitale Holographie basiert auf dem Prinzip der kohärenten Lichtinterferenz. Ein Laserstrahl beleuchtet flächig eine zu messende Oberfläche und die von dort reflektierte Objektwelle wird mit einer Referenzwelle überlagert. Das dabei erzeugte Interferenzbild wird von einer Kamera erfasst. Es enthält präzise 3D-Daten der Oberfläche. Diese Methode erlaubt es, die Höhe der Oberfläche sowohl makroskopisch als auch mikroskopisch zu erfassen – flächig, präzise und schnell. Aufgrund dieser Eigenschaften hat sich die digitale Holographie als 3D-Messtechnik in der industriellen Produktion inzwischen etabliert. Sub-Mikrometer-genaue Messungen in Echtzeit durchführen zu können, eröffnet viele Anwendungsmöglichkeiten – insbesondere für Inline-Messungen. Ein besonderes Merkmal digital-holographischer Sensoren ist ihre Flexibilität: Durch die vollständige Erfassung der Lichtwelle können auch axial weit ausgedehnte Objekte über viele Millimeter mit einer Messung erfasst werden. Ein praktisch konkurrenzloser Vorteil für den Einsatz auf verschiedenen Trägersystemen wie Bearbeitungszentren, Koordinatenmessgeräten oder perspektivisch auch am Roboterarm.
Werkzeugmaschinen
Ein besonders Anwendungsbeispiel ist die Integration des HoloTop NX Sensors in eine Werkzeugmaschine. Der rund 2kg schwere Sensor hat einen Durchmesser von 125mm und eine Länge von rund 180mm. Das kompakte Messsystem kann direkt in der Werkzeugmaschine bis zu 20 Millionen 3D-Punkte/sec erfassen und bietet eine Wiederholbarkeit von weniger als 1µm. Diese Eigenschaften machen ihn ideal für die Prozessüberwachung und -optimierung in der Fertigung. Beispielsweise kann der Sensor die Topographie und Geometriedaten unterschiedlich gefräster Teile in Echtzeit erfassen und so z. B. den Einfluss der Fräsrichtung auf einer gefertigten Oberfläche aufzeigen.
Ausblick
Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Messung an einem KMG. Durch Integration des Sensors in ein KMG können hochpräzise Messungen von komplexen Bauteilen taktil und optisch kombiniert durchgeführt werden. Dies ist besonders nützlich für die At-Line-Qualitätskontrolle, wenn höchste Genauigkeit gefordert ist. Darüber hinaus bietet die digitale Holographie aber auch ein enormes Anwendungspotenzial für den Einsatz an Roboterarmen. Die Integration des Sensors an einen Roboterarm ermöglicht automatisierte Messungen selbst in schwer zugänglichen Bereichen. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für die Inline-Messung in der Produktion, da der Roboterarm flexibel positioniert werden kann, um verschiedene Teile der Produktionslinie zu überwachen. Dank dieser noch nicht erschlossenen Anwendungspotenziale und der kontinuierlichen Weiterentwicklung dieser optischen 3D-Messtechnik wird die Digitale Holographie in Zukunft eine immer größere Rolle in der industriellen Messtechnik spielen.
