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2023
Report
Title
Dynamisch-holographisches Messverfahren zur Erfassung metallischer Freiformflächen (HoloMotion). Schlussbericht
Title Supplement
Berichtszeitraum: 01.02.2017 - 31.01.2023
Abstract
Das Verbundprojekt HoloMotion hatte zum Ziel, ein neuartiges interferometrisches Messverfahren zu entwickeln - die Dynamische Holographie: Diese erlaubt erstmals die hochpräzise Messung an bewegten Prüflingen. Als eine Musterapplikation für das neue Verfahren wurde die Verzahnungsmessung ausgewählt, die aufgrund hoher Neigungswinkel und geringer Bauteiltoleranzen extrem herausfordernd ist. Hierfür wurde ein produktionsbegleitend einsetzbarer Demonstrator aufgebaut.
Im Rahmen von HoloMotion konnte erstmals gezeigt werden, dass eine digital-holographische Messung in Bewegung mit Geschwindigkeiten von deutlich über 10 mm/s möglich ist. Entscheidend ist dabei die Richtung der Bewegung: In einem typischen Interferometeraufbau können Objekte vermessen werden, die sich senkrecht zur optischen Achse bewegen. Auf axiale Bewegungen, d.h. die Bewegung in Richtung der höchsten Messgenauigkeit, ist die Messung sehr empfindlich, und schon Bewegungen von einer halben Wellenlänge machen eine Messung unmöglich. Die fundamentalen Zusammenhänge und Grenzen wurden im Projekt systematisch untersucht und mögliche Lösungsstrategien entwickelt: Mithilfe eines neuartigen Kompensationsansatzes konnten final sogar axiale Relativbewegungen von mehr als einer Wellenlänge pro Belichtungszeit kompensiert werden. So konnten auch zuvor theoretisch als "unmöglich" beschriebene Messungen erstmals durchgeführt werden!
Es wurden im Projektverlauf insgesamt drei Demonstratorsysteme aufgebaut. Der finale Demonstrator, der bei Fa. ZF am Standort Schweinfurt erprobt wurde, ermöglichte mittels eines neuartigen holographischen Shape-from-Focus-Algorithmus erstmals interferometrische Absolutmessungen an einer Verzahnung. HoloMotion hat damit das Potential für die optische Verzahnungsmessung in der Produktion aufgezeigt.
Im Rahmen von HoloMotion konnte erstmals gezeigt werden, dass eine digital-holographische Messung in Bewegung mit Geschwindigkeiten von deutlich über 10 mm/s möglich ist. Entscheidend ist dabei die Richtung der Bewegung: In einem typischen Interferometeraufbau können Objekte vermessen werden, die sich senkrecht zur optischen Achse bewegen. Auf axiale Bewegungen, d.h. die Bewegung in Richtung der höchsten Messgenauigkeit, ist die Messung sehr empfindlich, und schon Bewegungen von einer halben Wellenlänge machen eine Messung unmöglich. Die fundamentalen Zusammenhänge und Grenzen wurden im Projekt systematisch untersucht und mögliche Lösungsstrategien entwickelt: Mithilfe eines neuartigen Kompensationsansatzes konnten final sogar axiale Relativbewegungen von mehr als einer Wellenlänge pro Belichtungszeit kompensiert werden. So konnten auch zuvor theoretisch als "unmöglich" beschriebene Messungen erstmals durchgeführt werden!
Es wurden im Projektverlauf insgesamt drei Demonstratorsysteme aufgebaut. Der finale Demonstrator, der bei Fa. ZF am Standort Schweinfurt erprobt wurde, ermöglichte mittels eines neuartigen holographischen Shape-from-Focus-Algorithmus erstmals interferometrische Absolutmessungen an einer Verzahnung. HoloMotion hat damit das Potential für die optische Verzahnungsmessung in der Produktion aufgezeigt.
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The aim of the project HoloMotion was to develop dynamic holography - a novel, interferometric measurement method: For the first time, this allows high-precision measurement on moving test specimens. Gear measurement, which is extremely challenging due to high inclination angles and low component tolerances, was selected as a sample application for the new method. A demonstrator that can be used during production was set up for this purpose.
Within the scope of HoloMotion, it was demonstrated for the first time that digital holographic measurement in motion is possible with velocities significantly above 10 mm/s. The direction of the motion is crucial: In a typical interferometer setup, objects moving perpendicular to the optical axis can be measured. The measurement is very sensitive to axial motion, i.e. motion in the direction of highest measurement accuracy, and even motion of half a wavelength makes measurement impossible. The fundamental relationships and limitations were systematically investigated in the project and possible solution strategies were developed: With the help of a novel compensation approach, even axial relative movements of more than one wavelength per exposure time could finally be compensated. Thus, even measurements previously described as "impossible" could be performed for the first time!
During the project, a total of three demonstrator systems were set up. The final demonstrator, which was tested at the ZF site in Schweinfurt, enabled interferometric absolute measurements on a gear by means of a novel holographic shape-from-focus algorithm for the first time. HoloMotion has thus demonstrated the potential for optical gear measurement in production.
Within the scope of HoloMotion, it was demonstrated for the first time that digital holographic measurement in motion is possible with velocities significantly above 10 mm/s. The direction of the motion is crucial: In a typical interferometer setup, objects moving perpendicular to the optical axis can be measured. The measurement is very sensitive to axial motion, i.e. motion in the direction of highest measurement accuracy, and even motion of half a wavelength makes measurement impossible. The fundamental relationships and limitations were systematically investigated in the project and possible solution strategies were developed: With the help of a novel compensation approach, even axial relative movements of more than one wavelength per exposure time could finally be compensated. Thus, even measurements previously described as "impossible" could be performed for the first time!
During the project, a total of three demonstrator systems were set up. The final demonstrator, which was tested at the ZF site in Schweinfurt, enabled interferometric absolute measurements on a gear by means of a novel holographic shape-from-focus algorithm for the first time. HoloMotion has thus demonstrated the potential for optical gear measurement in production.