Laserscanning-Mikroskopie

Kontaktlose und zerstörungsfreie Oberflächenanalyse

Selten bestimmt das Material alleine die Eigenschaft und Funktion eines Werkstoffs oder Bauteils. Zunehmend rückt die Strukturierung der Oberflächen in den Vordergrund. Hierbei sind die Möglichkeiten der Strukturierung  so vielfältig wie die genutzten Materialien. Die Dimensionen der Forschung und Industrie verwandten Strukturen überspannen mehrere Größenordnungen. Sie reichen von einigen Millimetern bis hin zu wenigen Nanometern. Für die Erzeugung der Oberflächenstrukturen kommen sowohl mechanische, chemische als auch physikalische Bearbeitungsmethoden zum Einsatz.

Die Analyse der Oberflächenstruktur ist nicht nur in der Materialforschung, sondern auch in der Produktentwicklung notwendig. Hier stellt die Untersuchung der Oberflächen von Werkzeugen zur Abformung von Materialien für die Prozessoptimierung ein wichtiges Werkzeug dar.

 

Analyse mit Laserscanning

Bei der Laserscanning-Mikroskopie wird ein Prüfling mit einem Laserstrahl abgerastert, um ein dreidimensionales Bild seiner Oberfläche zu erstellen. Die Vorteile dieser kontaktlosen und zerstörungsfreien Messmethode gegenüber taktilen Verfahren liegen dabei klar auf der Hand. Die Messzeit kann auf einen Bruchteil einer mechanischen Messung gesenkt werden. Dabei können die Rauheit sowie weitere Strukturparameter nicht nur für einzelne Linien (Ra, nach ISO 4287), sondern direkt für ganze Flächen (Sa, nach ISO 25178) ermittelt werden. Durch den Wegfall der mechanischen Spitze sind zudem höhere Auflösungen möglich. Relevante Messpunkte können beliebig oft gemessen werden, ohne dass das Messverfahren den Messwert bzw. die Oberfläche beeinflusst. Die aufgenommenen Messwerte des Prüflings können in gängige 3D-CAD-Daten umgewandelt werden und so zum Abgleich von Sollwerten, zu Zwecken der mechanischen und optischen Simulation oder zur plastischen Darstellung mittels 3D-Druck verwendet werden. Ein motorisierter Probentisch ermöglicht die Erfassung von mikro- und nanoskopischen Oberflächenstrukturen auf makroskopischen Probenbereichen.

© Fraunhofer AWZ Soest

Messung der Rauheit einer Probe vor Strukturierung (Sa = 0,03 µm, Sz = 0,37 µm, Sdr = 0,0002).

© Fraunhofer AWZ Soest

Messung der Rauheit einer Probe nach Strukturierung (Sa = 2,90 µm, Sz = 73,33 µm, Sdr = 0,9088).

© Fraunhofer AWZ Soest

3D-Oberflächenvermessung der Vorderseite einer LED-Optik.

© Fraunhofer AWZ Soest

3D-Oberflächenvermessung der Rückseite einer LED-Optik.