Christian Doppler Laboratory for Precision Engineering for Automated In-Line Metrology

Left: Inspection and creation of a 3D-point-cloud of a rotationally symmetric part by rotating the part in front of a laser-based line-sensor© Micro-Epsilon Messtechnik GmbH&Co. KG. Right: Tip-Tilt-mirror system scanning a laser beam over a surface for 3D-inspection.

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

The CD-Laboratory develops 3D metrology system with high resolution, suited to deal with the ever increasing demands on reliability and throughput in modern production systems. High precision and flexibility are thereby required to inspect diverse product features directly in the production line by means of in-line metrology systems. There is an increasing demand for high precision metrology systems which are versatile and adaptable to the actual application. The workpieces are thereby getting more and more complex and include for example freeform surfaces, additive manufacturing and a high spatial resolution, which already reaches into the nanometer domain.

By integration of optical point- and line-sensors with high precision motion systems and state-of-the-art signal processing, 3D metrology systems with highest resolution and measurement speed are developed in the CD-laboratory. In the course of fundamental research new methods for system design and integration of high precision mechatronic systems are developed, to design for example high performance mechatronic systems for scan-based metrology systems. An integrated approach allows to optimize the interaction of the mechatronic metrology and positioning system and the real-time control system from the very beginning of the design phase, by systematically considering all components of the system and the requirements of the target application. Additionally the research in the CD-laboratory focuses on the development of methods for flexible and areal acquisition of metrology data, and efficient algorithms for automated evaluation of this data. These methods eventually are the basis for automated metrology directly in the production line, for dimensional metrology, for color measurements and the characterization of optical components.

Results of the research in the CD-Laboratory will be flexible and versatile systems for non-tactile 3D-metrology, which for example will be applicable in roboter-based metrology applications in the production line to inspect the product quality with high resolution and high throughput and to monitor production systems.

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TU Wien
Public Relations Office
Press realease 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.


Grand opening of the CD-Laboratory

On January, 26th 2016, the grand opening of the CD-Laboratory for Precision Engineering for Automated In-Line Metrology took place at the Vienna University of Technology.

Univ.Prof. Dr. Sabine Seidler, the rector of the university, and Univ.Prof. Dr. Gottfried Magerl, member of the senat of the Christian Doppler Research Association, addressed a warm welcome to the numerous guests and expressed their best wishes of prosperity and success for the cooperation of Micro Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG, Atensor Engineering and Technology Systems GmbH and the Automation & Control Institute (ACIN) and for achieving their ambitious research goals.

After a fascinating insight into the high precision metrology and control systems used in lithography machines, given by Prof. Dr. ir. Hans Butler (TU Eindhoven, ASML fellow), the actual research problems and aims taken on in the CD-Laboratory were presented by Univ.Prof. Dr. Georg Schitter (Head of the laboratory at TU Wien), Dr. Martin Sellen (CEO Micro-Epsilon Messtechnik GmbH), Dr. Kurt Häusler (CEO Atensor) and Dipl.-Ing. Torsten Stautmeister (CEO Micro-Epsilon Optronic GmbH).

The ceremony was chaired by Univ.Prof. Dr. Andreas Kugi, department head of ACIN, and ended with a small buffet after the official part.

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

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