Optoelektronischer Rauheitssensor auf Basis kompakter Strahler-Empfänger-Baugruppen Roughness sensor based

Conference: MikroSystemTechnik - KONGRESS 2011
10/10/2011 - 10/12/2011 at Darmstadt, Deutschland

Proceedings: MikroSystemTechnik

Pages: 4Language: germanTyp: PDF

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Authors:
Will, Matthias (CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik und Photovoltaik GmbH Firma, Erfurt, Deutschland)

Abstract:
In Konstruktion und Fertigung spielt neben der Maßhaltigkeit die Rauheit der Oberflächen eine tragende Rolle. Ihre Kontrolle und qualitative Vermessungen findet daher eine weite Verbreitung. Die Entwicklung der mechanischen Tastschnittverfahren und ihr kostengünstigerer Aufbau hat komplexe optische Verfahren wie Interferenzmikroskopie sukzessive verdrängt. In der Oberflächencharakterisierung mechanisch gefertigter Bauteile werden in der Mehrzahl der Anwendungen Oberflächenrauheiten über mechanisches Abtasten ermittelt. Die verwendeten typischen Tastspitzendurchmesser von einigen Mikrometern spiegeln vorteilhaft die Anforderungen an Messgenauigkeit bzw. Auflösung wieder. Der Vorteil der höheren Auflösung von optischen Systemen spielt häufig keine Rolle. Dennoch sind Tastsysteme in der Online-Kontrolle oder Qualitätssicherung kaum vertreten. Ursache ist hier, das die mechanische Abtastung von den Verschleiß der Tastspitzen und besonderst von den erreichbaren Messgeschwindigkeiten nicht für eine automatisierte Kontrolle mit hohem Durchsatz geeignet ist. Eine Parallelisierung ist infolge der Systemkosten kaum vertretbar. Lösung könnten hier kompakte Stand-Alone Sensoren schaffen, die mit einfachen verschleißfreiem Aufbau und kostengünstiger Herstellung direkt in Werkzeugmaschinen oder Transportsystemen integriert werden können. Unter diesem Anspruch wurden am CiS-Forschungsinstitut für Mikrosensorik und Photovoltaik GmbH Sensoren auf Basis einer VCSEL-basierten fokussierten Strahlquelle und einer angepassten Silizium-Photodiodenzeile entwickelt. Ein Singelmode VCSEL mit 670nm wird im Abstand von 5mm auf die Oberfläche des Prüfstückes fokussiert und das unter dem Ausfallswinkel reflektierte Licht mit einer 8-kanaligen Photodiodenzeile registriert. Die Position des Hauptreflexes auf den auf den Photodioden erlaubt eine ausreichende Optimierung des Fokus auf der Oberfläche. Bei der Bewegung der Probe mit bekannter Geschwindigkeit lassen sich Rauheitsabhängige Signale über die Zeit an den Photodioden aufnehmen. Es konnte gezeigt werden, das hier Ortsfrequenzen deutlich unterhalb des Spotdurchmessers erreicht werden können.