Optisches Messverfahren charakterisiert Kunststoffe

Für die Charakterisierung von Kunststoffen eignet sich ein neues schnelles und hochauflösendes optisches Messverfahren, das in Zwickau entwickelt wurde.

Das System mit dem neuen optischen Messverfahren ist so effizient, dass man damit „von der Raumstation ISS die Größe von Maggie Simpson bestimmen könnte“, sagt Christopher Taudt, Absolvent der Westsächsischen Hochschule Zwickau (WHZ), der das Verfahren entwickelt hat.

Das Messsystem kann neben der Charakterisierung von Kunststoffen auch bei der Rauheits- und Schichtdickenmessung zur Anwendung kommen. Es ermöglicht die Messung eines sehr großen Höhenbereichs von 80 μm mit sehr großer Auflösung von 0,1 nm. „Das ist ein sehr großer, sogenannter Dynamikbereich“, so Taudt. Ein Höhenprofil mit einer Länge von 1,5 mm kann er in 50 ms messen. Standardverfahren benötigen dafür mehrere Sekunden und sind fehleranfälliger. Interessant ist dieses Verfahren unter anderem in der Materialforschung, für die Qualitätssicherung in der Halbleiter- und Photovoltaikfertigung oder in der Feinmechanik.

Ende November 2020 verteidigte Taudt als erster Doktorand des Fraunhofer Anwendungszentrums für Oberflächentechnologien und Optische Messtechnik (AZOM) seine Dissertation an der Technischen Universität Dresden mit dem Prädikat „magna cum laude“ (sehr gut). Taudt ist Gruppenleiter für Optische Messtechnik und Bildverarbeitung am AZOM. Das Anwendungszentrum wird vom Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Kooperation mit der WHZ betrieben.

Ziel von Taudts Forschungsarbeit war die Entwicklung eines Messverfahrens für die Messung sehr kleiner Punkte aus einer sehr großen Entfernung. Für das neue Messsystem hat der Wissenschaftler ein Standard-Weißlichtinterferometer opto-mechanisch modifiziert. Für die Signalauswertung erstellte er eine mathematische Beschreibung und überführte diese in eine Software zur Messdatenauswertung und Berechnung des Höhenprofils der Oberfläche.

Es gibt vergleichbare Verfahren, die solche Messungen für einzelne Punkte durchführen können. Ein Höhenprofil ist aber eine Information auf einer Linie. Bisherige Messverfahren würden diese Linie abrastern und für die Messung mehrere Sekunden benötigen, erklärt Taudt. Durch die kurzen Unterbrechungen und die Zusammenführung mehrerer Messdaten entstünden Fehler. Das neue Messsystem kann ein Höhenprofil mit nur einer Aufnahme auswerten, ist dadurch effizienter, genauer und überstreicht einen vergleichsweise sehr großen Dynamikbereich.

Die Vorteile der Weißlichtinterferometrie nutzt auch eine neue Roboterzelle von ABB zur 3D-Inspektion. Sie bietet eine hohe Geschwindigkeit und präzise Genauigkeit von unter 100 μm.

sk