5 optische Messprinzipien im Überblick

Welches Messprinzip ist das Richtige für Ihre Messaufgabe?

Veröffentlicht am 21.08.2024

Die Messsysteme von Bruker Alicona basieren auf dem Prinzip der Fokus-Variation. Dabei handelt es sich um eine hochauflösende, optische 3D-Messtechnologie. Doch ist die Fokus-Variation nicht die einzige optische Technologie, die dimensionelle Messaufgaben lösen kann. Präzises und berührungsloses Messen ist für verschiedenste Anwendungen unverzichtbar. In diesem Blogartikel stellen wir Ihnen die fünf bedeutendsten optischen Messtechnologien vor und beleuchten deren Vor- und Nachteile: Weißlichtinterferometrie, Konfokales Licht, 3D Scanner, Messmikroskop und natürlich die Fokus-Variation.

Weißlicht-Interferometer, 3D Scanner oder doch Fokus-Variation? 

Messprinzip Fokus-Variation oder Messmikroskop, 3D Scan, Streifenlichtprojektor, Weißlichtinterferometrie

1. Weißlichtinterferometrie: Präzision auf Nanometerebene

Die Weißlichtinterferometrie (WLI) ist eine hochpräzise Messtechnik, die Lichtwellen zur Erfassung von Oberflächenstrukturen nutzt. Durch Interferenzmuster kann sie feinste Details sichtbar machen.

Vorteile der Weißlichtinterferometrie

 

 

  • Höchste Präzision: Mit der Fähigkeit, Messungen im Nanometerbereich durchzuführen, setzt die Weißlichtinterferometrie Maßstäbe in der Genauigkeit.
  • Nichts ist zu glatt: Von hochpoliert bis mittelrau. Der Weißlichtinterferometer kann sogar die Rauheit eines Spiegels messen. Gerade für Wafer in der Halbleiterindustrie ist diese Messtechnologie daher besonders gut geeignet.

Nachteile der Weißlichtinterferometrie

  • Vibrationssensitiv: Hochgenau Weißlichtinterferometer brauchen aktiv schwingungsgedämpfte Tische. Dadurch sind die Messsysteme für den Einsatz in der rauen Fertigungsumgebung nicht gut geeignet.
  • Limitierter Anwendungsbereich: Rauhe Oberflächen, steile Kanten, komplexe Formen und Strukturen machen dem Weißlichtinterferometer zu schaffen. Oder besser gesagt dem Anwender, da es schwierig wird, die passenden Messeinstellungen zu finden. Form- und Lagemessungen sind kaum möglich.
  • Komplexes Handling und Datenanalyse: Die geringen Arbeitsabstände der Standardobjektive machen das Messen kompliziert. Auch die Interpretation der Ergebnisse erfordert spezielles Fachwissen.

2. Konfokale Sensoren: Detailgenaue Bildgebung

Die konfokale Mikroskopie nutzt fokussiertes Licht, um scharfe und hochauflösende Bilder von Oberflächen zu erzeugen. Dabei wird unscharfes Licht ausgeblendet, was zu einer besseren Tiefenschärfe führt.

Vorteile der konfokalen Sensoren

 

  • Hohe Auflösung: Konfokales Licht ermöglicht die Erfassung feinster Details und Strukturen.
  • Exzellente Tiefenschärfe: Ideal zur Untersuchung dreidimensionaler Strukturen.
  • Vielseitig einsetzbar: Besonders geeignet für fluoreszierende Proben und vielfältige Anwendungen in der Biologie und Materialwissenschaft.

Nachteile der konfokalen Mikroskopie

  • Zeitaufwendig: Die Methode wird bei der Erfassung großer Flächen richtig zeitintensiv.
  • Kompliziertes Messen: Wie schon beim Weißlichtinterferometer sind die Arbeitsabstände der Standardobjektive gering, was das Messen komplex gestaltet.
  • Limitiertes Anwendungsspektrum: Auch die konfokale Mikroskopie ist bei Form- und Lagemessungen stark limitiert.
  • Vibrationsempfindlichkeit: Für akkurate Messergebnisse brauchen konfokale Sensoren eine vibrationsarme Umgebung
  • Kostenintensiv: Die Anschaffung eines Messgeräts auf Basis von konfokalem Licht ist teuer.

3. 3D Scanner

3D Scanner basieren auf einer Technologie, die dreidimensionale Körper digitalisiert. Sie nutzen Licht oder Laser, um die Form eines Objekts darzustellen. Diese Technik ist besonders nützlich für die Vermessung komplexer Strukturen. Dabei werden räumliche Daten von Objekten berührungslos erfasst. Ein 3D Scanner ermöglicht die genaue Darstellung der Geometrie eines realen Objekts in einer digitalen Umgebung. Die aus verschiedenen Blickwinkeln gewonnen Informationen werden kombiniert und verarbeitet, um daraus dann die digitalen Modelle zu erstellen. Es gibt mehrere Arten von 3D Scannern. In der optischen Messtechnik sind vor allem die Streifenlichtprojektoren und die Lasertriangulation eine Rolle.

Streifenlichtprojektor: Schnell und vielseitig

Ein Streifenlichtprojektor ist ein 3D Scanner, der ein ein Streifenmuster auf das Objekt projiziert und die Verzerrungen dieses Musters analysiert, um die Oberfläche zu rekonstruieren.

Vorteile des Streifenlichtprojektors

 

  • Schnelle Messungen: Ermöglicht zügige Erfassung großer Flächen.
  • Benutzerfreundlich: Einfache Bedienung und Implementierung.
  • Vielseitigkeit: Geeignet für verschiedene Materialien und Oberflächen.

Nachteile des Streifenlichtprojektors

  • Genauigkeit: Im Vergleich zu anderen Technologien glänzt der Streifenlichtprojektor nicht gerade mit hoher Präzision.
  • hoher Vorbereitungs- und Reinigungsaufwand: Alle nicht matten Oberflächen müssen besprüht werden, um eine Messung zu ermöglichen
  • Lichtempfindlich: Umgebungslicht und Reflexionen beeinflussen den Streifenlichtprojektor bis zur Unbrauchbarkeit.

Lasertriangulation: Präzise und schnell

Das Triangulationsverfahren basiert auf einem Prinzip, bei dem ein Laserstrahl auf das Objekt projiziert und die Reflexion gemessen wird, um die Entfernung zu berechnen. Auch hierbei handelt es sich um einen 3D Scanner.

Laser Triangulation, Streifenlichtprojektion, 3D Scanner, Messmikroskop

Vorteile der Lasertriangulation

 

  • Schnelligkeit: Ermöglicht eine schnelle Datenerfassung.
  • Vielseitigkeit: Kann auf verschiedensten Materialien und Oberflächen angewendet werden.
  • Fertigungsfähigkeit: Einfache Geometrien können mit inline-Sensoren direkt in der Fertigungsstraße gemessen werden.

Nachteile des Triangulationsverfahrens

  • Präzision: Die Lasertriangulation ist nicht genau genug für Form- und Lagetoleranzen im Hundertstelbereich.
  • Aufwand für komplexe Bauteile: Probleme mit Abschattungen machen eine gesamte 3D Messung von komplexen Bauteilen nur mit viel Aufwand möglich.
  • Reflektierende Oberflächen: Die Lasertriangulation hat Schwierigkeiten mit stark reflektierenden Oberflächen.

4. Messmikroskop: Präzise auf Mikrometerebene

Messmikroskop 3D Scanner Messtechnologien

Ein Messmikroskop kombiniert optische Vergrößerung mit Messfunktionen und wird zur präzisen Vermessung kleiner Strukturen eingesetzt. Messmikroskope können verschiedene Messmethoden verwenden, wie zum Beispiel eine elektronische Kontaktmessung oder eben auch optische Projektoren. Für die berührungslose dimensionelle Messung spielen dabei vor allem zwei Prinzipien eine Rolle: Die Durchlichtprojektion und die Auflichtprojektion.

Vorteile der Messmikroskopie

  • Hohe Auflösung: Messmikroskope ermöglichen der Untersuchung von Details im Mikrometerbereich.
  • Schnelle Inspektion: Die visuelle Inspektion ist schnell und erfordert keine aufwändige Vorbereitung.
  • Nicht destruktiv: Die Proben werden nicht beschädigt.
  • Vielseitigkeit: Optische Mikroskope können für verschiedene Materialien und Anwendungen eingesetzt werden.

Nachteile des Messmikroskops

  • Begrenzte Tiefenschärfe: Bei hohen Vergrößerungen kann die Tiefenschärfe begrenzt sein.
  • Abhängigkeit von Licht: Die Qualität der Beleuchtung beeinflusst die Bildqualität.
  • Limitierte Vergrößerung: Optische Mikroskope sind begrenzt in ihrer maximalen Vergrößerung.
  • Subjektivität: Die Interpretation der Bilder kann subjektiv sein und von der Erfahrung des Benutzers abhängen.

Durchlichtprojektor: Ein Durchlichtmikroskop verwendet eine Lichtquelle, die von unten auf das Objekt scheint.

Auflichtprojektor: Im Gegensatz dazu verwendet ein Auflichtmikroskop eine Lichtquelle, die von oben auf das Objekt gerichtet ist. Dadurch bietet es eine bessere Tiefenschärfe. Es kommt häufig bei der Oberflächeninspektion und Qualitätskontrolle zum Einsatz.

Die Wahl zwischen Durchlicht- und Auflichtmikroskop hängt von der Art der Probe und den spezifischen Messanforderungen ab. In vielen Messmikroskopen sind beide Technologien verbaut. Beide Projektoren bieten unterschiedliche Vorteile und sind in verschiedenen Anwendungen einsetzbar.

5. Fokus-Variation: Präzision und Vielseitigkeit vereint

Die Fokus-Variation ist eine fortschrittliche Messtechnik, die auf der Analyse von Fokusänderungen basiert, um die Topographie einer Oberfläche zu erfassen. Diese Methode bietet mehrere Vorteile:

  • Hohe Genauigkeit: Die Fokus-Variation ermöglicht präzise Messungen selbst auf komplexen Oberflächen. Anders als beispielsweise die Weißlichtinterferometrie oder konfokale Sensoren kann die Fokus-Variation auch richtig steile Flanken messen.
  • Vielseitigkeit: Sie ist geeignet für eine Vielzahl von Materialien und Oberflächen, von rauen bis glatten Strukturen.
  • Sie bietet sich sowohl für die Auswertung von Form-Lage-Toleranzen als auch von Rauheitsparametern an.
  • Schnelligkeit: Die Datenerfassung und -analyse erfolgt schnell und effizient.

Das ist natürlich noch lange nicht alles, was es zur Fokus-Variation zu wissen gibt. Weitere Informationen finden Sie hier.

Fokus-Variation im Vergleich mit Laser Triangulation, 3D Scanner, Weißlicht Interferometrie, Messmikroskop

Das Prinzip der Fokus-Variation

Bruker Alicona: Spitzenreiter in der Fokus-Variation

Bruker Alicona als führender Anbieter von optischen Messsystemen nutzt die Technologie der Fokus-Variation, die immer weiter zur Advanced Focus-Variation entwickelt wurde. Für spezielle Geometrien und komplexe Formen eignen sich die Technologien Focus-Probing und Vertical Focus-Probing, die es ermöglichen, Oberflächen mit Winkeln von größer/gleich 90 Grad seitlich optisch anzutasten. Die Systeme von Bruker Alicona bieten herausragende Präzision und Zuverlässigkeit und sind in der Lage, komplexe Messaufgaben in der Fertigung und zu bewältigen. Die Messgeräte kombinieren die Vorteile der Fokus-Variation mit benutzerfreundlicher Software und robustem Design, was sie zu einer erstklassigen Wahl für industrielle Anwendungen macht.

Insgesamt bieten die verschiedenen optischen Messtechnologien eine breite Palette von Möglichkeiten zur Erfassung und Analyse von Oberflächen und Strukturen. Die Wahl der richtigen Technologie hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab, einschließlich der benötigten Genauigkeit, Geschwindigkeit und Materialeigenschaften.

Teilen Sie diesen Beitrag