24/11/2016
Door Ad Spijkers
In het gezamenlijk project OptOChar van het BMBF wordt onderzoek gedaan naar op lasers gebaseerde meetmethoden in het nanometerbereik voor het bepalen van de ruwheid van spiegelende oppervlakken.
Het direct in het productieproces bewaken van de ruwheid van technische oppervlakken stelt hoge eisen aan de meetmethoden en dataverwerking. Door de grote invloed van de ruwheid op de kwaliteit van het eindproduct is er grote behoefte aan oplossingen voor een snelle ruwheidsmeting.
De ruwheid wordt momenteel volgens een DIN-norm tactiel gemeten, wat gepaard gaat met tijdverlies en beschadiging van de oppervlakken. Optische meetmethoden vereisen een rustige meetopstelling, in het bijzonder bij spiegelende oppervlakken.
In het door het Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefinancierde project OptOCHar wordt een nieuwe methode voor de vlakke optische ruwheidsmeting voor directe toepassing in het productieproces ontwikkeld, dat deze nadelen niet kent.
Eerste demonstratiemodel
Het Bremer Institut für Messtechnik, Automatisierung und Qualitätswissenschaft aan de Universität Bremen onderzoekt een meetmethode met laserstrooilicht voor de dimensionale karakterisering van metallische spiegelende oppervlakken. De uitlezing analyseert digitale beelden van laserreflecties, die ook in ruwe omgevingen zoals productieprocessen kunnen worden gemeten. De methode maakt gebruik van bijzondere eigenschappen van laserlicht om ruwheden in het nanometerbereik te herkennen. Doel is een zo zelfstandig mogelijke karakterisering van grote, snel bewegende oppervlakken.
Halverwege het project is nu het laboratorium demonstratiemodel gepresenteerd. Met de opstelling werd de fundamentele toepasbaarheid van de methode aangetoond, maar ook werden belangrijke mijlpalen wat betreft de prestaties van het sensorsysteem bereikt.
Met meer dan 600 beelden per seconde verwerkt de door CoSynth ontwikkelde FPGA uitleeseenheid reeds meer data dan oorspronkelijk gepland en heeft nog potentieel voor verdere verhoging. Het verwerkte oppervlak bedraagt meer dan 40.000 mm²/s. Het systeem is daarmee geschikt voor het bedoelde toepassingsgebied, namelijk grote en snel bewegende oppervlakken.
Op sterk reflecterende metalen oppervlakken met ruwheden rond Ra = 20 nm konden resoluties van 2 nm in equivalenten van de Ra-waarde worden bereikt. Onder reproduceerbare condities is de meetonzekerheid σRa minder dan 1 nm.
Praktijktests
Voor beide toepassingsvelden van het project wordt de laboratoriumopstelling de komende maanden voorbereid op toepassing in het productieproces. Bij partner Tata Steel Plating Hille & Müller wordt het systeem op gepolijste walsen en direct in de staalplaatveredeling geëvalueerd (foto: Tata Steel Plating GmbH, Düsseldorf). Voor de snelle vlakke analyse van oppervlakken in stationaire meetapparaten wordt het systeem voorbereid bij FRT.
Door de robuustheid en snelheid en hoge resolutie is de methode geschikt voor veel toepassingsgebieden. In het project wordt onder andere op de halfgeleider- en solarindustrie, de medische techniek, de staalproductie en de metaalverwerkende industrie gemikt. Na afloop van het project zullen de projectpartners de sensor geschikt maken voor serieproductie en in verschillende configuraties op de markt brengen. De deelnemers zullen begin 2018 de resultaten presenteren.