Berührungslos prüfen

Stefan Summer, Marketing Manager, Vision Engineering Ltd., Central Europe

Die Mikrotechnik hat sich in den letzten Jahren zu einem der bedeutendsten Innovationsträger fortschrittlicher Produkte entwickelt. Eine große Anzahl von Produkten und Geräten aus allen Bereichen der Industrie und des täglichen Gebrauchs werden durch mikrotechnische Komponenten erst ermöglicht oder verbessert. Die Mikrotechnik ist die Basis zur Herstellung kleinster Bauteile in höchster Präzision. Ein möglichst großer Leistungsvorsprung, der dadurch gewonnen wird, gewährleistet die angestrebte Markpositionierung.

Diese Technik hat einen stark interdisziplinären Charakter, da sie sich der Forschungsergebnisse der gesamten technischen Physik bedient. War früher die Feinmechanik darin dominierend, so kommen heute Gebiete wie Elektronik, Mikroelektronik, Elektromechanik und Optik sehr stark zur Anwendung. Mikrotechnik ist aber mehr als Mechatronik, denn typisch für die Mikrotechnik ist, dass ihre Produkte meistens in großen bis größten Serien hergestellt werden. Der Fabrikationsprozess mit seinen Aspekten der Automatisierung und Qualitätskontrolle ist also für den Anwender in der Qualitätssicherung, der mittels Prüf- und Messsystemen für den Qualitätsstandard im Unternehmen mitverantwortlich ist, ebenfalls von großer Bedeutung. In der deutschen Wirtschaft nimmt die Mikrotechnik mittlerweile einen hohen Stellenwert ein. Ein bedeutender Teil stammt dabei von Klein- und Mittelbetrieben, aber auch von Großbetrieben der Nachrichtentechnik, der Mikroelektronik oder der Messtechnik.

Abgesehen von den Kosten und der Funktionalität bei der Herstellung mikrotechnischer und mikrosystemtechnischer Komponenten spielt natürlich auch die Qualitätskontrolle eine entscheidende Rolle. Insbesondere das Inspizieren und Vermessen unterschiedlichster Bauteile, mit Hilfe von Mikroskopen und Messsystemen die z.B. zur Gewährleistung der Oberflächengüte, Formgenauigkeit und Maßhaltig-

keit eingesetzt werden, ist ein wesentlichen Eckpfeiler jeder Qualitätssicherung.

Vision Engineering ist ein traditionelles Unternehmen, das sich seit 45 Jahren mit der Entwicklung und Herstellung von optischen Inspektionsmikroskopen und berührungslosen Messsystemen beschäftigt. Das Produktportfolio, bestehend aus Betrachtungs-systemen im niederen Vergrößerungsbereich bis x10, Stereo-Zoom Mikroskopen bis x160 und 2– oder 3-Achsen-Messmikroskopen bis vollautomatischen 3-Achsen Messplattformen, kommt in allen Bereichen der Industrie und des Life Science zum Einsatz.

Ein unübersehbarer Vorteil dieser Systeme ist die okularlose ergonomische Betrachtungsweise aus freier Sitzposition. Traditionell sind Mikroskope mit Okularen ausgerüstet. Das prüfende Auge empfängt die Bildinformation stark gebündelt und mit hoher Lichtintensität. Die Bewegungsfreiheit wird dabei stark eingeschränkt, die Betrachtung ist nur aus einer starren und auf wenige Millimeter begrenzten, ergonomisch ungünstigen Position möglich. Weitwinkel- und Brillenträgerokulare mit einstellbarer Dioptrie und auf die Augenposition einstellbare Okulartuben verbessern die Situation, doch eine befriedigende Lösung, dem Prüfpersonal die anstrengende und stark ermüdende Arbeit zu erleichtern, stellen auch diese Hilfsmittel nicht dar. Videosysteme bieten zwar die Betrachtung aus freier Position und die Bildqualität wird durch immer höhere Bildauflösung besser, eine naturgetreue dreidimensionale Bilddarstellung auf dem Monitor ist aber praxistauglich nicht möglich. Auch mit AOI-Systemen (Automatische Optische Systeme) erkannte Fehler müssen oftmals mit Hilfe von Mikroskopen genauer analysiert werden.

Möglichst viele positive Eigenschaften vereinen die Inspektions- und Messsysteme von Vision Engineering mit den dafür entwickelten optischen Technologien Mantis®-Prinzip, Dynascopic und Expanded-Pupil. Für die Inspektion in der Mikrotechnik ist hierbei insbesondere die Dynascopic-Technologie zu erwähnen, die auch bei dem Stereo-Zoom Mikroskop Lynx angewandt wird. Die Bilddarstellung erfolgt dreidimensional auf einem optischen Bildschirm mit freier Betrachtungsweise. Die Geräte ermöglichen Dank dieser Art „optischer Bildschirme“, erstens eine entspannte Sitzhaltung und sind zweitens unabhängig von der Sehstärke des Betrachters. Das heißt, ein neuer Betrachter muss nicht erst am Okular „herumfummeln„, um etwas zu sehen. Der so genannte „optische Bildschirm„ funktioniert aber nicht mit Kamera oder Monitor. Der Strahlengang wird rein optisch aufgefächert, sodass das Bild vom Betrachter in ergonomisch optimaler Körperhaltung und aus größerer Entfernung wahrgenommen werden kann. Dadurch ergeben sich für den Anwender signifikante Vorteile:

Gerade bei Applikationen in den Bereichen Mikrotechnik, Mikrosystemtechnik, Mikroelektronik, -mechanik und Mikrosensoren in allen Feldern der Feingerätetechnik, Medizintechnik, sowie Produktion und Automation wird durch die zunehmende Miniaturisierung der Komponenten die durchdringende Bedeutung von kosteneffektiven und somit anwenderfreundlichen, ergonomischen Arbeitsgeräten notwendiger den je. Und gerade hier setzt man bei Vision Engineering mit den okularlosen optischen Systemen den Hebel an. Alle Potentiale der optischen, okularlosen Technologie werden angewendet, um die bestmögliche Kundenlösung zu generieren.

Beobachtung mikrofluidischer Eigenschaften mit dem Stereo-Mikroskop Lynx am Beispiel der i-sys Automationstechnik GmbH, Karlsruhe:

i-sys Automationstechnik GmbH entwickelt und fertigt Komponenten für die Mikrosystemtechnik, darunter auch eine Biodisk für die Anwendung in der medizinischen Analytik. Der Einsatz dieser Biodisk ist die mikrobiologische Analyse in klinischen Labors.

Der Analyseablauf erfolgt durch Zuführung der Probenflüssigkeit in die zentrale Probenkammer der Biodisk, von der aus die Probenflüssigkeit mittels Kapillarkräfte über die Mikrokanäle selbständig die 32 umliegenden Analysekammern befüllt. Das Stereo-Mikroskop Lynx, in der Konfiguration mit Säulenständer und Ringlichtbeleuchtung, dient hierbei zur Beobachtung der fluidischen Eigenschaften unter-schiedlicher Kanalgrößen und Querschnitte bei der Befüllung der Biodisk.

Auch in anderen Bereichen erfolgt ein Teil der Qualitätsprüfung durch die Beurteilung von Gratfreiheit und Oberflächengüte mittels des Stereo-Mikroskops Lynx. Um in die Grenzbereiche der technischen Machbarkeit vorzustoßen und diese Grenzen dabei so weit wie möglich zu verschieben sind Toleranzen im µ-Bereich selbstverständlich und aufwendige Spanntechniken oder mikroskopisch kleine Bauteilgrößen eine Herausforderung, zu deren Umsetzung neben dem Know How natürlich auch die entsprechenden Hilfsmittel zur ermüdungsfreien Betrachtung, wie in diesem Falle das Stereomikroskop Lynx aus dem Hause Vision Engineering, notwendig sind.

Kleinste Metall-, Kunststoff-, Keramik- oder Elektronikkomponenten müssen auf Ihre Maßhaltigkeit und Toleranz geprüft, protokolliert und immer öfter als Image- und Reportdatei digital archiviert werden. An bewegten Mikroteilen die später mit spezieller Teflonschicht beschichtet werden und im Einsatz stark belastet sind, müssen Durchmesser, Radien und Winkel auf ihre Genauigkeit vermessen werden. In einem Auto verrichten ca. 70 bis 100 Mikrosensoren ihren Dienst für mehr Sicherheit und weniger Treibstoffverbrauch. Neue Generationen von Sensoren werden noch kleiner und leistungsfähiger sein, was natürlich auch die Anforderungen an die Messtechnik erhöht. Das bedeutet selbstverständlich auch, dass das Prüfpersonal in der Qualitätskontrolle mit gesteigerter Effizienz und mit anwenderfreundlichen, Körper schonenden Systemen seine Arbeit verrichten muss. Okularlose berührungslose Messmikroskope erlauben dem Anwender das Mikroskopieren in ergonomisch aufrechter Körperhaltung. Vom manuellen 2-Achsen System bis zur vollautomatischen 3-Achsen Messplattform mit Kantenerkennung sind die Systeme „Kestrel„ und „Hawk„ die Lösung für nahezu jede Messaufgabe. Das 2-Achsen System Kestrel ist ein berührungsloses Messsystem, das QS-Genauigkeit, Wiederholbarkeit und optische Qualität mit schneller, einfacher Handhabung, in einem „Low Invest„ System vereint. Die zu messenden Teile werden über Vision’s patentierte Bildprojektions-technologie in hoher Auflösung und Brillanz mit bis zu 100-facher Vergrößerung betrachtet. Die Darstellung der XY- Messergebnisse erfolgt in numerischer und graphischer Form auf einem Multifunktionsmessrechner QuadraCheck 200, der mit dem Präzisionsmesstisch mit einem Messbereich von 150mm x 100mm korrespondiert.

Das berührungslose 2– oder 3-Achsen Messsystem Hawk bietet größtes Leistungspotenzial kombiniert mit einfachster Anwender-Bedienbarkeit. Ob manueller Messtisch mit Schnellverstellung oder motorisierte Variante, manuell oder vollautomatisches Messsystem mit Kantenerkennung (VED), kompakter Messrechner oder voll geometrische PC-Mess-Software und vier unterschiedlichen Messtischgrößen, die Wahl hat der Kunde je nachdem was die Anwendung umfasst.

Und somit sind wir wieder bei den Mikrosensoren oder anderen Mikrotechnik-, Mikroelektronik- oder Mikromechanikkomponenten, die durch berührungsloses optisches Vermessen oder Inspizieren in der Qualitätskontrolle oder Fertigung auf Maß- und Formgenauigkeit geprüft werden. Auch in Zukunft werden das menschliche Auge und die Entscheidungskraft gewissenhafter Prüfer, unterstützt durch leistungsfähige visuelle optische Systeme, mehr den je gefragt sein. Wie am Beispiel der „Vision Engineering Mikroskope„ ohne Okulare mit konkurrenzloser Ergonomie.

Denn ein gesunder Mitarbeiter, ohne Arbeitsausfall durch Rücken-probleme oder starker Augenbelastung, spart Zeit und Geld.

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