SITOH

Schnelle, interferometrische Topografiemessung bewegter Objekte im Fertigungsprozess mittels leistungsfähiger Hardware

Qualitätsprüfung technischer Oberflächen

Die Güte technischer Oberflächen ist in vielen Anwendungsfeldern ein wesentlicher Qualitätsfaktor. In der Halbleiterindustrie beeinflussen eine zu hohe Rauheit oder Oberflächendefekte die Qualität und Funktionalität elektronischer Bauteile nachteilig, in der Solarindustrie hingegen verbessert ein gewisses Maß an Rauheit die Funktionalität der Zellen. In der Medizintechnik verhindert eine zu hohe Rauheit den Transport kleiner und kleinster Flüssigkeitsvolumina. In der Druckindustrie müssen das Volumen und die Stegbreiten der Drucknäpfchen auf der Druckwalze geprüft werden. In der metallverarbeitenden Industrie hängt die Produktqualität oft direkt von der Oberflächenbeschaffenheit ab.

Die quantitative Bewertung von Oberflächentopografien basiert auf genormten Rauheitskennwerten, welche mit elektrischen Tastschnittgeräten ermittelt werden. Konventionelle optische Messverfahren, wie z.B. konfokale Mikroskopie und vertikal scannende Weißlicht-Interferometrie (WLI), bilden den taktilen Messprozess teilweise nach und ermöglichen ebenfalls normgerechte Rauheitsmessungen. Diese Verfahren sind vornehmlich für den Einsatz an ruhenden Messobjekten unter Messlaborbedingungen konzipiert. Sie sind bereits berührungslos und mechanisch rückwirkungsfrei. Die Messdatenerfassung erfolgt jeweils entlang einer begrenzten Messstrecke bzw. innerhalb eines begrenzten Messfeldes.

Messung an bewegten Oberflächen

Im geplanten Vorhaben wird ein Messsystem konzipiert, das Flächen unter Einsatz von Weißlicht-Interferometrie (WLI) lateral abrastert. Es ermittelt Topografiehöhenwerte optisch glatter, technischer Oberflächen mit theoretisch unbegrenztem Messfeld bzw. unbegrenzter Messstrecke. Dazu werden die Seitwärtsbewegung des Messobjektes relativ zur optischen Achse des Messsystems sowie eine geneigte oder gekrümmte Oberfläche des Messobjektes ausgenutzt, um eine sonst übliche vertikale Bewegung im WLI-Messprozess zu ersetzen. Das beschleunigt den Messprozess um mehr als den Faktor 100 und erlaubt so, die WLI-Technologie erstmals für Inline-Messungen direkt im Produktionsprozess einzusetzen. Auf Basis der 3D-Topografie der Oberflächen können u.a. die Rauheit und Strukturen (Beschädigungen oder gewünschte Formationen) auf der Oberfläche objektiv und normkonform gemessen und differenziert werden.

Das im Projekt SITOH zu erforschende lateral scannende WLI-Messverfahren ist prädestiniert für die Charakterisierung von bewegten Oberflächen im Fertigungsprozess. In Verbindung mit einer schnellen, hochauflösenden Digitalkamera und einer hochleistungsfähigen FPGA-Hardware für die Bildauswertung lassen sich pro Minute Topografien von etwa 40 cm² einer Oberfläche quantitativ erfassen und bezüglich genormter Rauheitskennwerte auswerten. Die seitliche Bewegung der Oberfläche relativ zur optischen Achse des Messsystems ist dabei eine Voraussetzung für den Messprozess und bedeutet im Gegensatz zu konventionellen optischen Messverfahren keine Einschränkung.

Im Projekt wird ein Demonstrator konzipiert, der sich für den Einsatz im Fertigungsprozess eignet und für eine maximale Verarbeitungsgeschwindigkeit optimiert ist. Der Sensor-Demonstrator wird dann in unterschiedlichen Szenarien eingesetzt. Bei den assoziierten Partnern Tata Steel Plating Hille & Müller und Hansgrohe SE wird das System im Fertigungsprozess evaluiert. Die Forschungspartner BIMAQ, GBS und CoSynth konzipieren das Demonstratorsystem und optimieren das Messverfahren hinsichtlich Qualität und Geschwindigkeit.

Projektdetails

Koordinator

Christian Stehno
CoSynth GmbH & Co. KG
Marie-Curie-Straße 1, 26129Oldenburg
0441/36116-756

Projektvolumen

1.304.844 € (ca. 54,5% Förderanteil durch das BMBF)

Projektdauer

01.08.2018 - 31.07.2021

Projektpartner

CoSynth GmbH & Co. KGOldenburg
Gesellschaft für Bild- und Signalverarbeitung mbHIlmenau
Universität BremenBremen
Tata Steel Plating Hille & Müller GmbH (assoziierter Partner)Düsseldorf
Hansgrohe SE (assoziierter Partner)Schiltach