mikromal – Sonderforschungsbereich 747 „Mikrokaltumformen“ der Universität Bremen

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Mikrokaltumformen?

Messtechnik

Kleine Teile im Fokus der Holografie

In meiner Arbeit geht es darum, die Form von Bauteilen zu ermitteln, die nicht größer sind als ein Stecknadelkopf. Anhand der Form lässt sich am Computer erkennen, ob diese Bauteile so aussehen, wie sie sollen, oder ob sie Fehlstellen haben und somit Ausschuss sind. Eine Frage, mit der ich mich in diesem Zusammenhang beschäftige, ist: Wie kann ich schnell die Form kleiner Bauteile erhalten?

Es gibt unterschiedliche Wege, um die Form von Gegenständen zu erhalten. Ich nutze dafür die Holografie. Sie eignet sich vor allem deshalb, weil sie im Gegensatz zu den meisten anderen Methoden einen Gegenstand in der Zeit aufnehmen kann, in der ein Mensch blinzelt. Sie ist damit ähnlich schnell wie die Fotografie. Die Aufnahmezeit ist nicht das einzige, was Fotografie und Holografie gemeinsam haben. Beide nutzen zum Speichern der Bilder entweder Fotoplatten, Filme oder Speicherchips. Das Bild, das wir in der Fotografie Foto nennen, heißt in der Holografie Hologramm. Es gibt aber auch große Unterschiede.

Vom Foto zur Hologramm

Ein Unterschied ist, dass die Holografie keine Optiken vor der Kamera braucht. Das heißt, es befindet sich keine Linse zwischen dem Objekt und dem Kamerasensor. Diese Linse sorgt in der Fotografie dafür, dass das Bild scharf ist. Ein anderer und wichtigerer Unterschied zwischen den beiden Techniken ist, dass Fotos keine Entfernungen oder Größen speichern, sondern nur die Intensität, die sich aus der Amplitude des Lichtes, das auf die Kamera fällt, ergibt. Alles, was wir an Größe oder Entfernung bei Fotos wahrnehmen, kommt von dem Wissen, das wir erlernt haben. Wir wissen, dass ein Haus immer größer als ein Mensch ist. Es ist aber nicht möglich zu sagen wie groß der Mensch oder das Haus auf dem Foto ist. Deswegen können wir es auf einem Foto so aussehen lassen, als ob z. B. der Eiffelturm zwischen Daumen und Zeigefinger passt.

Bei einem Hologramm wird nicht nur die Amplitude, sondern auch die Phase, die ein Teil der Lichtwelle ist, gespeichert. Die Phase ist der Teil der Lichtwelle, der die Informationen über die Entfernung von Gegenständen zueinander oder von der Kamera und die Größe von Objekten enthält. Somit erscheint bei einem Hologramm je nach Betrachtungsebene entweder die Person scharf, die den Eiffelturm zwischen den Fingern halten möchte, oder der Eiffelturm. Beides zusammen würde nur dann scharf erscheinen, wenn sich der Eiffelturm wirklich zwischen den Fingern befinden würde. Wie wird der Unterschied zwischen Foto und Hologramm erreicht?

Wir wissen, dass wir für ein Foto Licht brauchen. Als Lichtquellen können wir z.B. die Sonne, die Deckenlampe oder einen Blitz nutzen. Das Licht beleuchtet den Gegenstand, den wir aufnehmen wollen, und von diesem Gegenstand fällt das Licht in die Kamera. Für die Aufnahme eines Hologramms wird ebenfalls der Gegenstand so beleuchtet, dass das Licht auf die Kamera fällt, aber die Kamera wird gleichzeitig mit einem weiteren Lichtstrahl beleuchtet. Dieser Lichtstahl ist entweder eine Kugelwelle oder eine ebene Welle. Ersteres sieht aus wie eine Wasserwelle, die sich um die Stelle ausbreitet, an der ein Stein ins Wasser geworfen wurde. Die ebene Welle entspricht den Wellen, die wir sehen, wenn wir am Strand stehen. Diese bekannte zweite Lichtwelle ermöglicht die Phase der unbekannten Lichtwelle, die von dem Gegenstand kommt, zu berechnen. Über die Phase des Gegenstandes kann seine Entfernung zur Kamera und seine Größe bestimmt werden. Damit das geht, müssen die Lichtwelle, die vom Gegenstand auf die Kamera trifft und die bekannte Lichtwelle das gleiche Schwingungsmuster, auch Kohärenz genannt, haben. Ist das der Fall, so können die beiden Wellen miteinander wechselwirken. Diese Wechselwirkung wird Interferenz genannt. Als kohärente Lichtquelle wird ein Laser verwendet. Das Laserlicht wird in die beiden oben genannten Lichtwellen aufgeteilt.

Mikronäpfe im Fokus der Holografie

Die Holografie wird üblicherweise nicht für die Formerfassung von Bauteilen mit der Größe von einem Stecknadelkopf oder kleiner verwendet. Um den Napf auf die Größe zu bringen, den Gegenstände üblicherweise bei der Verwendung von Holografie haben, verwende ich ein Objektiv. Dieses Objektiv wirkt wie eine Lupe. Das Objektiv erzeugt eine Abbildung von dem Napf, das 10-mal größer ist als der eigentliche Napf. Diese Abbildung ermöglicht mir die Form des Napfes mit Hilfe der Holografie zu erfassen. Anhand dieser Form können meine Kollegen sowohl aussagen, ob die Form des Napfes der vorgegebenen Form entspricht als auch ob der Napf Defekte hat.

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