Weißlichtinterferometrie ermöglicht 3D-Profilmessungen von Strukturen, deren Größe zwischen wenigen Nanometern und einigen Mikrometern liegt. Auf diese Weise lassen sich hochpräzise Topografiedaten und Oberflächenstrukturen ermitteln. Die Interferometrie nutzt die Überlagerung oder Interferenz von Wellen, um eine Größe zu bestimmen. Dabei läuft Licht über zwei Pfade: Der eine führt zur Referenz, während der zweite auf die zu messende Oberfläche geleitet wird. Befindet sich das Messobjekt im Fokus, dann addieren sich die Wellen und ergeben ein Intensitätsmaximum. Außerhalb des Fokus heben sich die Wellen gegenseitig auf und führen zu einem Intensitätsminimum. Aus den Intensitätsinformationen lassen sich Höhenwerte berechnen.
Kompletter Datensatz statt gemittelter Werte
Herkömmliche Verfahren nutzen für diese Messungen entweder das Vertical Scanning (VSI) oder die Phase-Shift-Methode (PSI). Beim VSI werden die Höhenwerte mittels Schwerpunktverfahren ermittelt. Dabei bildet eine Kennlinie das sogenannte Korrelogramm, also die Darstellung, die man aus einer Messung ermittelt hat. Legt man über dieses eine einhüllende Linie, so erhält man eine Gaußverteilung und kann den Schwerpunkt berechnen. Grundsätzlich ist diese Methode robust und schnell, führt aber zu nicht so genauen Ergebnissen. Für eine höhere Genauigkeit hingegen steht PSI, die im Korrelogramm nach dem größten Phasenunterschied, also dem Hell-Dunkel-Wechsel schaut. Dieses Verfahren ist wesentlich genauer, aber deutlich empfindlicher. Bei den neuen Weißlichtinterferometern von Mahr vereint die ICA-Technologie (Intelligent Correlation Algorithm) die guten Eigenschaften der PSI- und VSI-Methoden bei einer hohen vertikalen Auflösung in einem einzigen, großen Anwendungsbereich. Das mathematische Verfahren bestimmt das statistische Korrelogramm der Oberfläche und schiebt es zum Vergleich ‚über‘ die Messungen. Statt eines gemittelten Wertes liefert der Algorithmus so den gesamten Datensatz eines Messobjekts.
Minimales Rauschen von 80pm
Dadurch, dass ICA eine exakte Bestimmung der Höhenwerte ermöglicht, minimiert sich gleichzeitig das Rauschen, was für eine sehr hohe Datenqualität sorgt. Durch dieses sehr gute Signal-Rausch-Verhältnis erreicht ICA das Qualitätslevel eines PSI mit nur 80 Pikometern (STR-Surface-Topografie-Repeatability), hat dabei aber eine deutlich bessere Stabilität und höhere Zuverlässigkeit. Zum Vergleich: Bisherige Einstiegsgeräte liegen beim einem STR von rund 150 Pikometern. Zudem verfügen die neuen Interferometer neben einer maximalen Zuverlässigkeit über eine hohe Dynamik auch bei geringer Intensität.
Drei Geräte zum Start
Zum Frühjahr stehen nun drei neue Mahr Weißlichtinterferometer, die auf der ICA-Technologie basieren, zur Verfügung und ermöglichen Messungen bis in den Subnanometerbereich. Das MarSurf WI 50 M ist die manuelle Einstiegslösung in die neue Serie. Es verfügt über eine HDR-Funktionalität und ermöglicht schnelle Messungen. Die Steuerung ist im Stativ integriert, und der Kipptisch sowie die manuellen x/y/z-Achsen erleichtern Anwendern die Verstellung und Fokussierung. Weitere Pluspunkte sind das kompakte Design, der große Bauraum, sowie ein interessantes Preis-Leistungs-Verhältnis. Die beiden Oberflächenprofis für den Nanometerbereich MarSurf WI 50 und WI 100 erfassen dank ihrer hohen Messgeschwindigkeit bei voller Auflösung auch Rauheiten von extremst glatten Oberflächen. Ihre HD-Stitching-Funktion sorgt für eine konstant hohe Auflösung auch bei großen Messflächen. Die integrierte Kollisionsdetektion bietet Sicherheit in alle Richtungen – für das Werkstück ebenso wie für das Gerät selbst. Das WI 100 verfügt zusätzlich über einen erweiterten Arbeitsbereich in x/y/z-Richtung für besonders große Probevolumina. Nutzer betätigen hier einfach die seitliche Verstellung, mit der sich die zusätzliche manuelle Z-Achse verfahren lässt. So werden auch XXL-Bauteile messbar, und mit seiner speziellen Automatiksoftware macht das Gerät auch nutzerunabhängige und vollautomatische Serienmessungen möglich.