Optisch
Optische Oberflächenmesstechnik
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Berührungslose Oberflächemessverfahren nehmen ständig an Bedeutung zu. Rückwirkungsfrei, hochgenau, schnell dies sind die wesentlichen Vorteile der optischen Verfahren. Neben den klassischen Kennwerten Ra, Rt, etc. können optische Messverfahren auch die 3D-Struktur der Oberfläche ganzflächig erfassen. Am PWO setzen wir unterschiedliche optische Oberflächenmesstechniken ein:
- Weisslicht Interferometrie
- Konfokale Mikroskopie
- Digitale Holografie
- Autofokus-Verfahren
- Rauheitsprüfverfahren
- Chromatischer Sensor
Kontakt: Andreas Ettemeyer
Weisslicht Interferometrie
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Die Weisslicht Interferometrie dient zur berührungslosen und flächenhaften Erfassung der Oberflächentopografie. Die zu untersuchende Oberfläche wird mit einem Interferometer beleuchtet und mit einer Kamera die entstehenden Interferenzerscheinungen beobachtet. Durch die Verwendung einer Lichtquelle mit sehr geringer Kohärenzlänge entstehen Interferenzen immer nur dort, wo Objekt- und Referenzarm des Interferometers gleich lang sind. Durch einen Scan in der Tiefenrichtung des Objektes kann somit sehr schnell und präzise die Topografie des Objektes erfasst werden.
Konfokale Mikroskopie
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Die konfokale Mikroskopie dient ebenfalls zur berührunglosen optischen Messung der Oberflächentopografie. Dabei wird die Oberfläche mit einem fokussierten Lichtpunkt beleuchtet und dieser Punkt auf eine Blende abgebildet. Bewegt sich die Oberfläche aus dem Fokus des Lichtpunktes nimmt die Helligkeit hinter der Blende stark ab. Ein Detektor erfasst die Helligkeitsänderung, wenn das Objekt in Tiefenrichtung verschoben wird. In unserem System sind die Funktionen konfokale Mikroskopie und Weisslicht Interferometrie vereint, so dass je nach Oberfläche beide Verfahren eingesetzt werden können. Die konfokale Mikroskopie eignet
sich besonders, um auch steilere Kanten vermessen zu können.
Digitale Holografie
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Die Holografie wurde bekannt durch die magischen dreidimensionalen Abbildungen beliebiger Gegenstände. Nun kann dieses Verfahren auch in digitaler Form für industrielle Anwendungen nutzbar gemacht werden. Mit dem digitalen Holografiemikroskop werden feinste 3D-Strukturen holografisch aufgenommen und ihre Form auf Nanometer genau dargestellt. Es können sogar dynamische Bewegungen gemessen werden (z.B. MEMs).
Autofokus-Verfahren
Beim Autofokus-Verfahren wird die Oberfläche punktweise optisch abgetastet. Bei jedem Messpunkt scannt das System in Tiefenrichtung und ermittelt den Fokuspunkt. Daraus wird das Profil der Oberfläche bestimmt. Vorteile des Verfahrens sind die berührungslose und rückwirkungsfreie Messung und die Einsatzmöglichkeit auf vielen verschiedenen Oberflächenqualitäten.
Streulicht Sensor
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Mit dem berührungslos arbeitenden Oberflächenmessgerät, das mit Streulichtmesstechnik nach der ARS Methode (angular resolved scattering) arbeitet, wird die zu messende Oberfläche mit einer LED-Lichtquelle beleuchtet und die rückgestreute Lichtverteilung bezüglich ihrer statistischen Kennwerten analysiert.
Die Streulichtverteilung enthält Informationen über die Mikrostruktur und die Form der beleuchteten Oberfläche. Am bewegten Messobjekt können der Rauheitskennwert Aq und Profilform-Abweichungen der Messobjekt-Oberfläche ermittelt werden.
Dieses Verfahren eignet sich besonders um:
- Änderungen der Oberflächenstruktur fertigungsnah zu ermitteln
- sehr schnelle Messungen durchzuführen
- einen grossen Bereich der Oberfläche zu berücksichtigen
- gleichzeitig Aussagen zu Rauheit und Profilform-
Abweichungen zu machen.
Chromatischer Sensor
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Mit diesem Messprinzip können Abstand- und Schichtdickenmessungen mit einem berührungslosen Verfahren schnell und präzise durchgeführt werden. Dabei wird mittels eines chromatischen Lichtsensors durch Fokussieren der verschiedenen Wellenlängen der Abstand zu einer Probe gemessen. Je nach Anwendung wird dadurch eine Auflösung von bis zu 35 Nanometern erreicht. Die Proben werden mit einem präzis beweglichen Tisch in x- und y-Richtung verfahren. So lassen sich auch komplexe Topografien erfassen.
Die Daten können als Topografie, Profil, Rauheit oder als Schichtdicke im Messbereich von 100x100x1 mm ausgewertet werden.