Accessible Requires Authentication Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag February 24, 2017

In-Prozess-Charakterisierung spiegelnder Oberflächen mit Laserstreulicht und leistungsfähiger Hardware

In-process characterization of specular surfaces with scattered laser light and hardware acceleration
Stefan Patzelt, Christian Stehno, Dirk Stöbener, Gerald Ströbel and Andreas Fischer
From the journal tm - Technisches Messen

Zusammenfassung

Laserstreulichtmessungen auf der Basis von Specklekorrelationsverfahren charakterisieren Gestaltabweichung opaker, technischer Oberflächen auf der Mikro- und Nanometerskala. Anhand eines einzigen Streulichtbildes lässt sich die Rauheit eines mit Laserlicht beleuchteten Oberflächenbereiches mit mehreren Millimetern Durchmesser quantitativ bewerten. Mit hohen Laser-Lichtleistungen, kurzen Belichtungszeiten und einer Kamera mit hoher Bildrate lassen sich in laufenden Fertigungsprozessen „scharfe“ Bilder erzeugen, die für die rauheitsbezogene Bildauswertung geeignet sind. Die Bildauswertealgorithmen lassen sich für die Implementierung auf einer leistungsfähigen Hardware (FPGA – Field Programmable Gate Array) anpassen. Dies ermöglicht fertigungsnahe und In-Prozess-Rauheitsmessungen an technischen Oberflächen in Echtzeit mit einer Messrate von über 1,3 kHz und einer lückenlosen Oberflächenabdeckung von nahezu 4 m2/min bei einer Bewegungsgeschwindigkeit von 1600 m/min. Der vorliegende Beitrag beschreibt den Aufbau und die Funktionsweise eines In-Prozess-Laserstreulichtmesssystems für die Charakterisierung schnell bewegter, spiegelnder Oberflächen und stellt erste Messergebnisse vor.

Abstract

Scattered laser light measurements based on speckle correlation methods characterize form deviations of opaque technical surfaces in the micrometer and nanometer scale. A single scattered light image of a laser illuminated surface area with several millimeters in diameter enables a quantitative assessment of the surface roughness. High power laser modules, short exposure times and a digital camera with a high frame rate produce “sharp” images in running productions processes, which are suitable for a roughness based image evaluation. The image processing algorithms will be adapted for the implementation on a high-performance hardware (FPGA – Field Programmable Gate Array). This allows near to the process and in-process real time roughness measurements with a measuring rate exceeding 1.3 kHz and a complete surface coverage of nearly 4 m2/min at a moving velocity of 1600 m/min. This contribution describes the set-up and the operating mode of an in-process scattered laser light measuring system for the characterization of fast moving, specular surfaces, and presents first measuring results.

Danksagung

Das Projekt „OptOCHar – Optische Oberflächen-Charakterisierung im Fertigungsprozess mittels leistungsfähiger Hardware“ wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Förderprogramms „Photonik Forschung Deutschland“ unter dem Förderkennzeichen 13N13535 gefördert. Der Projektverbund besteht aus den Partnern CoSynth GmbH & Co. KG aus Oldenburg, FRT GmbH aus Bergisch Gladbach, Bremer Institut für Messtechnik, Automatisierung und Qualitätswissenschaft (BIMAQ) der Universität Bremen und Tata Steel Plating Hille & Müller GmbH aus Düsseldorf als assoziiertem Anwendungspartner

Erhalten: 2016-11-30
Revidiert: 2017-1-24
Angenommen: 2017-2-1
Online erschienen: 2017-2-24
Erschienen im Druck: 2017-9-26

©2017 Walter de Gruyter Berlin/Boston