Weißlichtinterferometrie in der Praxis: So erreichen Materialprüfmaschinen schnelle Messergebnisse mit höchster Genauigkeit

Die Prüfmaschinen der i3D-Serie von Imprintec kommen unter anderem zum Einsatz, um Festigkeitsprüfungen zur zweifelsfreien Identifizierung und Qualitätskontrolle von Werkstoffen durchzuführen. Außerdem werden sie für Bauteilprüfungen und zur lokalen Kontrolle bspw. von Wärmbehandlungen, Warmumformungen oder Schweißnähten eingesetzt. Ein weiterer Anwendungsbereich ist die Untersuchung von Festigkeitsverläufen partiell pressgehärteter Blechbauteile, die unter anderem in der Automobilindustrie Verwendung finden. Dazu wendet Imprintec das Eindruckverfahren gemäß DIN SPEC 4846 an, bei dem ein minimaler, punktueller Prüfeindruck kraftgesteuert erzeugt und anschließend der Eindruck sowie der umgebende Aufwurf optisch dreidimensional vermessen werden. Aus den ermittelten Daten können dank ausgefeilter Algorithmen und FEM-Simulationen schnell und präzise Werkstoffeigenschaften wie Fließkurve und Streckgrenze, Zugfestigkeit und Härtewert ermittelt werden. „Die optische Vermessung ist ein Teilschritt des Prüfverfahrens bei Imprintec. Hierbei werden hohe Ansprüche an die Mess- und Wiederholgenauigkeit vorausgesetzt. Zudem spielt auch die laterale Auflösung eine entscheidende Rolle“, sagt Peter Zok, Anwendungsberater bei Imprintec. Um das zu erreichen, kommen in den Geräten NetGAGE3D-Weißlichtinterferometer von ISRA VISION zum Einsatz. Sie liefern zuverlässige und schnelle 3D-Messergebnisse und sorgen so für kurze Prüfzeiten.

Ausschlaggebend für den Einsatz der Sensoren war außerdem die Möglichkeit der individuellen Anpassung, so Peter Zok: „Im Rahmen der kooperativen Zusammenarbeit mit ISRA VISION konnten die optischen Sensoren für unsere Prüfgeräte maßgeschneidert konfiguriert werden. Das hat die Integration enorm vereinfacht. Die eingesetzten Sensoren vermessen dreidimensional und in kurzer Zeit Flächen mit einer Größe von bis zu 200 mm². Dies ist ein erheblicher Technologievorsprung gegenüber konventionellen Punkt- oder Liniensensoren.“

Die NetGAGE3D-Sensoren basieren auf dem Prinzip der Weißlichtinterferometrie, bei dem ein Messobjekt und ein Referenzspiegel gleichmäßig von weißem Licht beleuchtet werden. Referenzspiegel und Messobjekt reflektieren die Strahlen zurück in die Kamera. Je nach Höhenstruktur und Objektoberfläche entstehen bei Referenz- und Probenlicht unterschiedliche Weglängen. Diese Überlagerungsmuster werden durch eine Software ausgewertet und für jeden Objektpunkt ein Abstand berechnet. Daraus ergibt sich ein topografisches Abbild der Probe in Form einer Höhenkarte. Durch die koaxiale Anordnung von Messlicht und Kameraobjektiv werden insbesondere Tiefen wie z.B. Bohrlöcher, Gräben und geätzte Strukturen hochgenau vermessen. Die Wiederholgenauigkeit der Messungen beträgt bei Standardsystemen bei einer Stufenhöhe von 50 µm typischerweise rund 100 nm, bei einer absoluten Genauigkeit von ±200 nm. Varianten mit erhöhter Genauigkeit sind ebenfalls erhältlich.

Neben den technischen Eigenschaften und der kundenspezifischen Konfiguration der Sensoren entschied sich Imprintec auch aufgrund der einfachen Anbindung in das Gesamtsystem für die NetGAGE3D-Sensoren, so Peter Zok: „Die bequem zu integrierende Schnittstelle hat uns die eigene Programmierung des Sensors ermöglicht. Das war von großem Vorteil für die Integration in unsere Prüfsysteme.“ Im Ergebnis konnte Imprintec so in kürzester Entwicklungszeit ein Kompaktgerät zur mechanischen Qualitätssicherung von Bauteilen und Materialien gemäß DIN SPEC 4846 auf den Markt bringen, mit dem Kunden zuverlässig und präzise mechanische Eigenschaften ihrer Produkte ermitteln können – und damit die Qualität steigern, die Prozesssicherheit erhöhen und Ausschuss oder Reklamationen minimieren.