von MICHAEL VOGEL
Mit modernen Fräsen lassen sich Bauteile aus Metall mit Toleranzen von wenigen Mikrometern fertigen – selbst wenn ihre Oberfläche eine komplizierte Geometrie hat. Trivial ist das nicht. Die Hersteller der Werkzeugmaschinen geben zwar Tipps, doch der Teufel steckt im Detail: Welcher Fräskopf eignet sich am besten? Wie schnell sollte er rotieren und sich dabei vorwärts bewegen? Und sollte er die zu bearbeitende Fläche von außen nach innen abfahren oder streifenförmig von rechts nach links? Solche Entscheidungen beeinflussen das Ergebnis.
Um es zu beurteilen, bedarf es einer präzisen Qualitätskontrolle – etwa durch eine taktile Vermessung. Dabei tastet eine harte Kugel die Oberfläche ab, aber nur punktuell oder linienförmig. Daneben gibt es optische Verfahren, mit denen sich die gesamte Oberfläche erfassen lässt. Das Manko: Bisher geht das nicht direkt am eingespannten Werkstück. Denn die Messsysteme sind zu groß, um sie in eine Werkzeugmaschine zu packen. Und die Bedingungen in der Fertigung sind dafür zu rau. Zudem kann die Messzeit für eine große Fläche viele Minuten betragen – zu lang für eine Kontrolle während der Bearbeitung. „Deshalb muss das Bauteil bislang aus der Fräse genommen, vermessen und für die Weiterbearbeitung wieder eingespannt werden“, erklärt Tobias Seyler. Das kostet Zeit.
Tobias Seyler forscht am Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM in Freiburg. Der Ingenieur und seine Kollegen haben eine Technik entwickelt, um das Problem zu lösen. Das Prinzip: Den Fräskopf entnehmen und dafür eine Art optischen Prüfkopf einsetzen. Damit wäre die Vermessung ein direkter Bestandteil des Fertigungsprozesses. Die Idee haben die Forscher am IPM im Projekt „Holocut“ der Baden-Württemberg Stiftung weiterentwickelt – zusammen mit Wissenschaftlern der Hochschule Aalen.
Verräterisches Interferenzbild
In dem dreijährigen Forschungsprojekt, das 2018 zu Ende ging, vereinten die Forscher aus Südbaden und Ostwürttemberg digitale Technik mit der Photonik – der Nutzung optischer Verfahren. Dabei setzten sie auf die digitale Mehrwellenlängen-Holografie. „Das zu prüfende Bauteil bestrahlen wir mit Laserlicht“, erklärt Seyler, der das Projekt leitete. „Den zurückgestreuten Anteil überlagern wir mit unbeeinflusstem Laserlicht.“ So entsteht ein Interferenzbild, das eine Kamera aufnimmt. Darin steckt die Information über die Oberflächenform des Bauteils. Sie lässt sich dann berechnen und dreidimensional visualisieren.
Der Kniff der Forscher besteht darin, die Messung mit mehreren leicht unterschiedlichen Lichtwellenlängen zu wiederholen. Das erhöht die Messgenauigkeit und vergrößert den Messbereich. Ein entscheidender Punkt ist die heute verfügbare hohe Rechenleistung. Moderne schnelle Computer verkürzen die Messzeit drastisch.
