Im kürzlich abgeschlossenen Forschungsprojekt „HoloMotion“ hat Fraunhofer IPM das etablierte 3D-Messverfahren der digitalen Mehrwellenlängen-Holographie in zwei Richtungen stark weiterentwickelt.
Zum einen lassen sich jetzt erstmals Bauteile in Bewegung hochpräzise vermessen. Zum anderen konnten die Forscher die optische Verzahnungsmessung mittels digitaler Holographie auf ein neues Level heben.
Verzahnungsmessung als Musterapplikation
Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Verbundprojekts „Dynamisch-holographisches Messverfahren zur Erfassung metallischer Freiformflächen (HoloMotion)“ konnten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von Fraunhofer IPM zeigen, dass digital-holographische Messungen auch an sich bewegenden Prüflingen möglich sind.
Damit gelang es dem Team, die Vorteile der Interferometrie erstmals auch auf bewegten Oberflächen zu nutzen. Als Musterapplikation für das neue Verfahren wählten die Forschenden die Verzahnungsmessung aus, die aufgrund hoher Neigungswinkel und geringer Bauteiltoleranzen für interferometrische Messungen extrem herausfordernd ist.
Das Unmögliche möglich machen
Das Team konnte im Projekt „HoloMotion“ erstmals zeigen, dass digital-holographische Messungen selbst bei Geschwindigkeiten von deutlich über 10 mm/s möglich sind. Entscheidend ist dabei die Richtung der Bewegung: Bewegungen senkrecht zur optischen Achse sind unkritisch und erlauben weiterhin präzise interferometrische Messungen.
Kritisch hingegen sind axiale Bewegungen, d. h. Bewegungen in die Richtung, in die das Verfahren am genauesten misst. Solche Messungen sind sehr empfindlich und schon kleinste Bewegungen ab einer halben Wellenlänge machen sie unmöglich.
Um diese Störungen zu kompensieren, hat das Team zunächst die fundamentalen Zusammenhänge und Grenzen untersucht und darauf aufbauend erfolgreiche Lösungsstrategien entwickelt. Das Ergebnis ist ein patentierter Kompensationsansatz, mit dem sich selbst axiale Relativbewegungen von deutlich mehr als einer Wellenlänge pro Belichtungszeit kompensieren lassen. Bislang als unmöglich angesehene Messungen werden dadurch möglich.
Optische Verzahnungsmessung durch digitale Holographie
Zusammen mit den beiden Industrieunternehmen FRENCO GmbH und ZF Friedrichshafen AG wurde ein Demonstratorsystem zur optischen Verzahnungsmessung für den produktionsnahen Einsatz entwickelt und erprobt. Damit zeigte sich beim Projektpartner ZF Friedrichshafen AG am Standort Schweinfurt, dass die digital-holographische Vermessung von Verzahnungen im industriellen Umfeld möglich ist.
Die digitale Holographie hat als rein optisches Verfahren gegenüber der bisher etablierten taktilen Verzahnungsmessung einen großen Vorteil: Flächige Flankenmessungen sind im Sekundentakt möglich.
Vorteile für die Mehrwellenlängen-Holographie
Fraunhofer IPM zählt seit Jahren zu den Technologieführern bei Anwendungen der digitalen Mehrwellenlängen-Holographie. Der am Institut entwickelte industrietaugliche HoloTop-Sensor zur 100%-Inlineprüfung von Präzisionsbauteilen beispielsweise erlaubt die Messung von bis zu 100 Mio. 3D-Punkten pro Sekunde.
Im Projekt „HoloMotion“ ist es nun gelungen, diese Technologie für die Messung bewegter Objekte zu erweitern und damit sowohl die interferometrische Messtechnik im Allgemeinen als auch die optische Verzahnungsmesstechnik im Speziellen stark voranzubringen.
