3-D-Messkopf
| Auftraggeber | GFE - Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung Schmalkalden e.V. Näherstiller Strasse 10 98574 Schmalkalden |
| Branche | 72 Forschung und Entwicklung |
| Projektart | Forschungs- / Entwicklungsprojekt |
| Ausgangssituation | Aufgrund der zunehmenden Miniaturisierung von Bauteilen und Werkzeugen entstehen auch neue Herausforderungen an die Messtechnik. Um zum Beispiel geometrische Kenngrößen an Strukturen im Mikrometerbereich von miniaturisierten Teilen erfassen und bewerten zu können, sind Messsysteme notwendig, die berührungslos und mit hoher Ortsauflösung arbeiten. Als ein Messverfahren bietet sich hierbei u.a. die Weißlichtinterferometrie an. Dieses Verfahren nutzt die geringe Kohärenzlänge des weißen Lichtes und ermöglicht Auflösungen in vertikaler Richtung im Submikrometerbereich. Die Auflösung im lateralen Bereich ist begrenzt durch die Wellenlänge des sichtbaren Bereiches des Lichtes. Das Prinzip der Weißlichtinterferometrie soll als Basis genutzt werden, um Verfahren zu entwickeln, so dass kleinste Strukturen messtechnisch mit hoher Auflösung an miniaturisierten Bauteilen und Werkzeugen charakterisiert werden können. |
| Zielstellung | Basierend auf der Ausgangssituation bestand die Zielstellung des FuE-Projektes in der Entwicklung eines modularen Weißlicht-Interferometerkopfes zur Integration in einen Prüfplatz, so dass geometrische Kenngrößen im Sub- und Mikrometerbereich an mikrotechnischen Bauteilen und Werkzeugen erfasst und bewertet werden können. Hierbei handelte es sich u.a. um Kenngrößen an Mikrostrukturen im Schneidenbereich von Zgrspanwerkzeugen wie auch um geometrische Ausprägungen von Span- ableitstgfen sowie der Winkel an der Frei- und Spanfläche. Die Entwicklung des Weißlicht-Interferometerkopfes sollte in zwei Varianten erfolgen, so dass in Abhängigkeit der konkreten Messaufgabenstellung ein Arbeitsabstand im Bereich zwischen 3 mm bis 45 mm gewählt werden konnte, um auch Strukturen an Bauteilen mit Höhenausdehnungen bis zu 40 mm mit einer Messunsicherheit von 50 nm vermessen zu können. Eine weitere wesentliche Zielstellung des Projektes bestand in der Entwicklung des Bildaufnahmeprozesses und der Auswertverfahren, die aus den interferometrischen Bildserien die Bestimmung der o.g. Prüfmerkmale an Werkzeugen und Bauteilen ermöglichen. Nach Abschluss der Verfahrensentwicklung zur Bestimmung bzw. Berechnung der genannten Prüfmerkmale sollte der Nachweis zur praxisrelevanten Einsatzfähigkeit erfolgen, um die Messdatenqualität zu überprüfen und ggf. Optimierungsmöglichkeiten aufzuzeigen. |
| Ergebnisse | Die mit dem entwickelten Prüfplatz auf Basis der Weißlichtinterferometrie (WLI) aufgenommenen Bildaufnahmen zeigten, dass dieses Entwicklungsprojekt einen hohen Anspruch an die Bildaufnahme und die digitale Bildauswertung stellte. Es wurden sowohl die mechanischen, optischen wie auch kameratechnischen Grundvoraussetzungen in Form einer messtechnischen Anordnung geschaffen, die es ermöglichen, unter Berücksichtigung unterschiedlicher Reflexionsverhältnisse Kenngrößen an miniaturisierten Bauteilen und Werkzeugen innerhalb unterschiedlicher Fertigungsstadien mit Hilfe des WLI-Messaufbaus zu erfassen. Mit den entwickelten Messverfahren ist es möglich, Mikrogeometrien an Bauteilen und Werkzeugen messtechnisch zu charakterisieren. Weiterhin konnten Schichtdicken und Verschleißerscheinungen an sehr dünnen Metalldampfschichten nachgewiesen werden. Die nachfolgenden Bilder zeigen den Aufbau des modularen Prüfplatzes (Bild 1) und ein Beispiel für Interferenzbilder im Grabengrund einer Verschleißspur (Bild 2). Aus jetziger Sicht ist festzustellen, dass der erreichte Entwicklungstand eine wesentliche Verbesserung des Prüfvorgangs hinsichtlich Automation, objektiver Genauigkeit und Auswertekomfort darstellt. Durch die realisierte Entwicklung eines modularen Messkopfes und der Auswerteverfahren auf der Basis der Weißlichtinterferometrie erschließen sich neue und erweiterte Anwendungsfälle für die messtechnische Charakterisierung von Kenngrößen an miniaturisierten |