Christian Doppler Labor für Präzisionstechnologie für Automatisierte In-Line Messtechnik

Links: Kontrolle und Erstellung einer 3D-Punktwolke rotationssymmetrischer Bauteile durch Rotation des Teils vor einem Laserliniensensor © Micro-Epsilon Messtechnik GmbH&Co. KG. Rechts: Tip-Tilt-Spiegel System, das zur 3D-Inspektion einen Laserstrahl über eine Oberfläche scannt.

Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.sc.techn. Georg Schitter (Head of Laboratory)
Start: September, 1st 2015

Das CD-Labor entwickelt hochauflösende 3D-Messsysteme, um den steigenden Anforderungen an Produktzuverlässigkeit und Durchsatz in modernen Produktionssystemen gerecht zu werden. Hierbei sind oftmals höchste Präzision und Flexibilität erforderlich, um Messungen direkt in der Linie durchführen zu können und verschiedene Produkteigenschaften zu bestimmen. Es gibt einen steigenden Bedarf an hochpräzisen Messsystemen, die versatil eingesetzt und an die jeweilige Applikation angepasst werden können. Die Werkstücke werden dabei immer komplexer und umfassen zum Beispiel Freiformflächen, additive Fertigung und eine hohe örtliche Auflösung, welche sich inzwischen bereits in den Nanometerbereich erstreckt.

Durch Integration von optischen Punkt- und Liniensensoren mit hochpräzisen Bewegungssystemen und modernster Signalverarbeitung werden im CD-Labor 3D-Messsysteme mit höchster Auflösung und Messgeschwindigkeit entwickelt. Dabei werden im Zuge der Grundlagenforschung neue Methoden zum Systementwurf und zur Integration präzisionsmechatronischer Systeme entwickelt, um beispielsweise neue mechatronische Systeme für Scan-basierte Messungen mit höchster Performanz zu entwerfen. Ein integrierter Ansatz erlaubt es, bereits in der Entwurfsphase das Zusammenspiel zwischen dem mechatronischen Mess- und Positioniersystem mit dem Echtzeit-Steuerungssystem unter Berücksichtigung aller Komponenten sowie den Anforderungen der eigentlichen Zielanwendung zu optimieren. Weiters befasst sich die Forschung im CD-Labor mit der Entwicklung von Methoden zur flexiblen und flächigen Messdatenaufzeichnung, sowie von neuen und effizienten Algorithmen zu deren automatisierter Auswertung. Diese Methoden bilden letzendlich die Grundlage für automatisierte Messungen direkt in der Produktionslinie, für dimensionelle Messungen, sowie Farbmessungen und zur Charakterisierung optischer Komponenten.

Ergebnisse der Forschung im CD-Labor werden in erster Linie schnelle, flexible und versatile Systeme zur kontaktlosen 3D-Messung sein, die beispielsweise in Roboter-basierten Messanwendungen direkt in der Line messen können, um Produktqualität mit hoher Auflösung und hohem Durchsatz zu kontrollieren und Produktionssysteme zu überwachen.

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Presseaussendung

TECHNISCHE UNIVERSITÄT WIEN
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
PRESSEAUSSENDUNG 04/2016
27.01.2016 (GZl.: 15008.00/04/2016)

Ein Sensor, drei Dimensionen

An der TU Wien wird ein neues Christian Doppler Labor eingerichtet. Unterstützt vom Wirtschaftsministerium, von der Firma Atensor und der Firma Micro-Epsilon Messtechnik werden optische 3D-Scanmethoden mit extrem hoher Auflösung entwickelt.

Wer Präzisionsprodukte herstellt, etwa optische Linsen oder Halbleitertechnologie, der muss Objekte mit hoher Genauigkeit dreidimensional erfassen können. Um festzustellen, ob die dreidimensionale Form exakt stimmt, entwickelt Prof. Georg Schitter mit seinem Team am Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik (ACIN) an der TU Wien nun neuartige 3D-Messsysteme, die auf dem Einsatz beweglicher Spiegel und Laserstrahlen beruhen. Dafür wurde am 26. Jänner 2016 an der TU Wien das Christian-Doppler-Labor für Präzisionstechnologie für automatisierte In-Line Messtechnik eröffnet. Unterstützt wird das neue Labor vom Bundesministerium für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft (BMWFW), der Firma Atensor Engineering and Technology Systems aus Steyr und der Firma Micro-Epsilon Messtechnik.

BMWFW fördert Innovation

„Die Entwicklung und Anwendung modernster Messtechnik ermöglicht die Entstehung immer präziserer und ausgereifterer Produkte. Die wissenschaftliche Expertise der TU Wien und die Praxiserfahrung der involvierten Unternehmen ermöglichen Forschung, die sich an den Bedürfnissen des Marktes orientiert“, so Wissenschafts-, Forschungs- und Wirtschaftsminister Reinhold Mitterlehner. „Von Forschung und Innovation im Hochtechnologie-Bereich profitieren alle beteiligten Partner und langfristig auch der Standort Österreich.“

3D-Sehen für Fortgeschrittene

Wir können dreidimensional sehen, weil beide Augen leicht unterschiedliche Bilder liefern. Auch moderne Kameras kann man auf ähnliche Weise verwenden – für die hochpräzise Erfassung dreidimensionaler Formen genügt das allerdings nicht. „Wir verwenden Laser-basierte optische Sensoren, mit denen man Abstände hochauflösend messen kann“, erklärt Georg Schitter. „Mit beweglichen Spiegeln lässt man die Laserstrahlen über eine Oberfläche gleiten, damit kann das ganze Objekt Punkt für Punkt abgerastert, erfasst und am Computer analysiert werden.“ Die Genauigkeit, die sich damit erreichen lässt, ist beeindruckend: „Eine vertikale Auflösung von deutlich weniger als einem Mikrometer ist damit möglich“, sagt Schitter. Er beschäftigt sich schon seit Jahren mit solchen 3D-Messystemen, durch das neue CD-Labor kann er seine Forschung nun deutlich ausbauen.

Wenn man diese Präzision erreichen will, kann man nicht einfach fertige Bauteile kaufen und zusammenfügen. Von einzelnen mechatronischen Komponenten bis zur elektronischen Echtzeit-Regelung, von den Laserspiegeln bis zur Computersoftware – alle Komponenten müssen perfekt aufeinander abgestimmt werden. Jeder einzelne Schritt, jede Komponente wird daher im CD-Labor an der TU Wien speziell entwickelt. „Schon beim Entwurf muss man genau überlegen, wie die Systemkomponenten am besten zusammenwirken. Dadurch kann man nicht nur die Auflösung erhöhen, sondern beispielsweise auch die Geschwindigkeit und die Energieeffizienz“, erklärt Schitter.

Nicht nur die Form, sondern beispielsweise auch die Farbe von Objekten kann mit den im CD-Labor entwickelten Sensoren gemessen werden – etwa um während des Produktionsprozesses zu überwachen, ob auch wirklich exakt der richtige Farbton getroffen wurde. „Unser System soll direkt im Produktionsbetrieb eingesetzt werden und am Fließband laufend überwachen, ob die Qualität stimmt“, sagt Georg Schitter. „Mit unseren Messsystemen funktioniert das schnell, vollautomatisch und ohne direkten Kontakt.“

BMWFW fördert anwendungsorientierte Grundlagenforschung

Das CD-Labor für Präzisionstechnologie für automatisierte In-Line Messtechnik wurde am 26. Jänner 2016 an der TU Wien offiziell eröffnet. In Christian Doppler Labors wird anwendungsorientierte Grundlagenforschung auf hohem Niveau betrieben, hervorragende WissenschafterInnen kooperieren dazu mit innovativen Unternehmen. Für die Förderung dieser Zusammenarbeit gilt die Christian Doppler Forschungsgesellschaft international als Best-Practice-Beispiel. Christian Doppler Labors werden von der öffentlichen Hand und den beteiligten Unternehmen gemeinsam finanziert. Wichtigster öffentlicher Fördergeber ist das österreichische Bundesministerium für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft (BMWFW).

Als Firmenpartner konnte Georg Schitter zwei Unternehmen gewinnen, mit denen das Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik der TU Wien auch schon in der Vergangenheit mit großem Erfolg zusammengearbeitet hat: Atensor Engineering and Technology Systems in Steyr ist ein Kompetenzzentrum für Robotik und Roboter-gestützte Messtechnik. Micro-Epsilon ist ein Messtechnik-Produzent aus Bayern, der sich auf hochpräzise Sensoren spezialisiert hat.


Feierliche Eröffnung des CD-Labors

Am 26. Jänner 2016 fand an der TU Wien die Eröffnung des Christian Doppler Labor für Präzisionstechnologie für automatisierte In-Line Messtechnik statt.

Frau Rektorin Univ.Prof. Dr. Sabine Seidler und Univ.Prof. Dr. Gottfried Magerl, Mitglied des Senats der Christian Doppler Forschungsgesellschaft, richteten feierliche Begrüßungsworte an die zahlreich erschienenen Gäste und wünschten der Kooperation zwischen der Micro Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG, Atensor Engineering and Technology Systems GmbH und dem Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik (ACIN) viel Erfolg beim Umsetzen der gemeinsamen Forschungsvorhaben.

Anschließend an einen einführenden Vortrag von Prof. Dr. ir. Hans Butler (TU Eindhoven, ASML fellow) zum Thema hochpräziser Messtechnik und Positionsregelung in Lithographiemaschinen wurden die konkreten Forschungsinhalte durch Vorträge von Univ.Prof. Dr. Georg Schitter (Laborleiter an der TU Wien) und Dr. Martin Sellen (Geschäftsführer Micro-Epsilon Messtechnik GmbH), Dr. Kurt Häusler (GF Atensor) und Dipl.-Ing. Torsten Stautmeister (GF Micro-Epsilon Optronic GmbH) vorgestellt.

Moderiert wurde die Veranstaltung von Univ.Prof. Dr. Andreas Kugi und fand bei einem kleinen Buffet nach dem offiziellen Teil der Veranstaltung ihren Ausklang.

Mitarbeiter der MICRO-EPSILON MESSTECHNIK GmbH & Co. KG, der ATENSOR Engineering and Technology Systems GmbH und des ACIN bilden das Team dieses CD-Labors.

Projekte am Institut

Fundamentals of Opto-Mechatronic Systems (OMC)

Characterization of Highly Divergent Optics (DOC)

Scanning Optical Point- and Line-Sensor (SOS)