smartWLI nimbus8: 8 Millionen Messpunkte mit jeder Messung

Zu den wichtigsten Auswahlkriterien für ein leistungsfähiges optisches Profilometer gehören:

• vertikale Auflösung
• laterale Auflösung
• Messfläche
• Messgeschwindigkeit

Als Weißlichtinterferometer der Spitzenklasse bietet der smartWLI nimbus8 selbstverständlich eine extrem hohe Höhenauflösung. Bei lateraler Auflösung und Messfläche besteht grundsätzlich immer ein Kompromiss: Erfordert eine Anwendung eine höhere laterale Auflösung, muss ein Objektiv mit höherer Vergrößerung eingesetzt werden. Dadurch verkleinert sich wiederum die Messfläche.

Auch beim smartWLI nimbus8, bei dem vier Objektive mit unterschiedlicher Vergrößerung zum Einsatz kommen, bleibt dieser physikalische Zusammenhang bestehen. Ein entscheidender Vorteil ist jedoch die Fähigkeit, 8 Millionen Messpunkte auf einmal zu erfassen. Während bei anderen Sensoren häufig nicht einmal 5-Megapixel-Kameras mit voller Auflösung betrieben werden können, wird beim smartWLI nimbus8 der Einsatz einer schnellen Kamera durch die Echtzeitverarbeitung der Bilddaten auf einer leistungsfähigen Grafikkarte optimal ergänzt.

Durch die Verarbeitung der Bilder in Echtzeit entstehen auch bei voller Auflösung und großem Messbereich in z-Richtung keine Speicherplatzprobleme. Die Einzelbilder müssen gar nicht erst gespeichert werden.

Im Video wird gezeigt, wie ein größerer Bereich mit mehreren Einzelmessungen innerhalb weniger Sekunden erfasst wird. Links ist der Fortschritt der Einzelmessungen im für die Messung markierten Bereich zu sehen, rechts die Geschwindigkeit der Datenerfassung.

Ein wichtiges Detail darf dabei nicht übersehen werden: Die Software smartSTITCH fügt alle Einzelmessungen fehlerfrei zusammen, bevor die Daten an die Auswertesoftware MountainsMap® übergeben werden. Im Gegensatz zur Auswertesoftware MountainsMap® erfolgen dabei in den Überlappungsbereichen nicht nur Höhenkorrekturen, sondern auch Winkelkorrekturen. Dadurch werden die Einschränkungen mechanischer Positioniersysteme vollständig beseitigt.

Durch das 10-GigE-Interface ist die Kamera in der Lage, Bilder mit 160 fps in voller Auflösung zu erfassen. Damit sind Einzelmessungen im Sekundentakt möglich. Gerade wenn größere Flächen mit vielen Einzelmessungen erfasst werden müssen, entfallen durch die hohe Kameraauflösung zahlreiche Positioniervorgänge.

Damit ein Messsystem im Messraum als Referenzgerät für andere Systeme eingesetzt werden kann, ist es wichtig, dass alle Anforderungen der ISO 21920 erfüllt werden.

Für die wichtigste Einstellungsklasse Sc3 bedeutet dies für die Messung:

• Auswertelänge le: 4 mm
• maximaler Abtastabstand: 0,5 µm

Bei der Auswertung kommen folgende Filter zum Einsatz:

• Grenzwellenlänge λc: 0,8 mm
• Grenzwellenlänge λs: 2,5 µm

Bei 3D-Rauheitsmessungen entsprechend ISO 25178-3, Abschnitt 4.2.1.1, sollte der Auswertebereich für eine S-F-Oberfläche quadratisch sein. Grundsätzlich gibt es Freiheiten bei der applikationsspezifischen Spezifikation von Messfeldgrößen und Filtern. Sollen jedoch die jahrzehntelangen Erfahrungen der taktilen Rauheitsmessung genutzt werden, ist es erforderlich, einen Bereich von 4 × 4 mm² mit einem Messpunktabstand von 0,5 µm zu erfassen.

An dieser Aufgabe scheitern viele optische 3D-Messgeräte. Einige verfügen nicht über diese Fähigkeit, andere können eine solche Messung, die die Erfassung von 64 Millionen Messpunkten erfordert, nur mit sehr hohem Zeitaufwand realisieren.

Beim smartWLI nimbus8 kann hierfür ein Nikon-10x-Interferenzobjektiv eingesetzt werden. Die Messung inklusive Stitching und Auswertung nimmt nur wenige Sekunden in Anspruch und liefert wesentlich mehr Daten als eine einfache Profilmessung.