Miniaturisiertes Zwei-Wellenlängen-Interferometer mit Schwingspiegel zur sinusförmigen Phasenmodulation

Abb. 1: a) Fotografische Darstellung des miniaturisierten interferometrischen High-Speed Sensors mit additiv gefertigten Sensorgehäuse (blau) und b) schematische Darstellung des Sensors mit Erweiterung durch eine zweite Lichtwellenlänge

Stetig steigende Anforderungen an Form- und Maßhaltigkeit gefertigter Produkte sowie deren schnelle und kostengünstige Erfassung erhöhen die Anforderungen an die einzusetzenden Mess­mit­tel. Die zurzeit eingesetzten optischen und taktilen Messmethoden erfüllen die Anforderungen an die Messgenauigkeit, sind allerdings wenig flexibel in der Einsetzbarkeit, vergleichsweise kostenintensiv und weisen geringe Mess­ge­schwin­dig­kei­ten auf. Um die obigen Anforderungen zu erfüllen, wurde im Fachgebiet Messtechnik der Universität Kassel ein in seiner geometrischen Abmessung miniaturisierter fasergekoppelter in­ter­fe­ro­me­trischer High-Speed Punktsensor entwickelt und aufgebaut, siehe Abb. 1.

Abb. 2: Vergleichsmessungen an einer Chirpstruktur mit dem optischen Punktsensor (a-c) und einem taktilen Tastschnittgerät (d). Dabei unterscheiden sich die Aufnahmen zusätzlich durch die laterale Scangeschwindigkeit: a) 80 mm/s, b) 50 mm/s, c) 1mm/s und d) 0,5 mm/s.

Neben einer Reduzierung der geometrischen Abmessungen und hohen lateralen Scan­ge­schwin­dig­kei­ten (siehe Vergleichsmessungen in Abb. 2) erhöht die Verwendung von zwei Lasern mit verschiedener Wellenlänge den Ein­deu­tig­keits­be­reich benachbarter Höhenwerte durch die resultierende Schwebung. Dadurch können u.a. steile Kanten mit Stufenhöhen bis zu einem Höhenunterschied von 9,5 µm korrekt gemessen werden. Da hauptsächlich Massenprodukte als Komponenten für den optischen Punktsensor zum Einsatz kommen, sind vergleichsweise geringe Kosten zu erwarten.

Gefördert durch:

Ansprechpartner

Dr.-Ing. Sebastian Hagemeier

S. Hagemeier, K. Bittner, F. Depiereux, P. Lehmann
Miniaturized interferometric confocal distance sensor for surface profiling with data rates at ultrasonic frequencies
Meas. Sci. Technol. 34 (2023) 045104

S. Hagemeier, S. Tereschenko, P. Lehmann
High-speed laser interferometric distance sensor with reference mirror oscillating at ultrasonic frequencies
tm - Technisches Messen, 86 (2019) 164-174