Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS
Hochgenaue Triangulation
Bereits seit den 80er Jahren werden in der industriellen Messtechnik zur schnellen und hochpräzisen Vermessung von Objekten Systeme basierend auf dem Prinzip der Lasertriangulation eingesetzt. Hierbei wird ein Laserpunkt oder eine Laserlinie auf das Messobjekt projiziert und das vom Objekt zurück reflektierte Licht trifft je nach Abstand an unterschiedlichen Positionen auf einen Zeilen- oder Flächensensor, woraus sich der Abstand zum Messobjekt rekonstruieren lässt.
Ein Beispiel einer Profilmessung ist in der linken unteren Abbildung gezeigt. Die Auflösung beträgt hierbei ca. 50 µm.
Auf diese Weise lassen sich beispielsweise im Produktionsprozess Schweißnähte kontrollieren, Oberflächen auf Planarität untersuchen oder die Profiltiefe von Reifen überwachen. Solche Lasertriangulationssysteme liefern eine sehr hohe Messgenauigkeit im Bereich von 50 µm sowie eine vergleichsweise hohe Messgeschwindigkeit von bis zu 50 kHz. Heute verfügbare Triangulationssensoren enthalten als Detektorelement off-the-shelf Sensoren (PSDs bzw. CMOS- und/oder CCD-Sensorzeilen). Mit dieser Lösung stößt man in modernen Produktionsprozessen häufig an Grenzen in Bezug auf Empfindlichkeit und Geschwindigkeit.
Das Fraunhofer IMS hat hierfür performance-optimierte Photodetektoren und hochintegrierte Sensor-ICs im Portfolio, welche eine schnelle Überstrahlungsdetektion wenigen innerhalb von wenigen Mikrosekunden und eine hohe Fremdlichtunterdrückung von 50 klx aufweisen. Daneben weisen die Fraunhofer IMS Sensoren für die industrielle Messtechnik eine deutlich erhöhte Messgeschwindigkeit von 100 kHz bei einer Empfindlichkeit von maximal 500 V/μJ/cm2 auf (Verdoppelung gegenüber dem Stand der Technik).
Die Fraunhofer lMS Sensoren für die industrielle Messtechnik basieren auf neuen am IMS entwickelten und patentierten Pixelstrukturen, die in einem Standard CMOS-Prozess gefertigt werden können. Mit diesen Pixelstrukturen ist es möglich, einerseits durch schnelle elektronische Shutter zeitaufgelöste Signale schneller zu erfassen und andererseits eine sehr hohe Empfindlichkeit zu erzielen. Letzteres ist notwendig, da bei höheren Messgeschwindigkeiten entsprechend weniger Licht pro Messung zur Verfügung steht. Fraunhofer IMS ist seit über 25 Jahren im Bereich der CMOS Bildsensorik tätig und verfügt über die Möglichkeit, durch enge Kooperation zwischen Bildsensor-Technologieentwicklung, neue Bauelemente für die industrielle Messtechnik zu realisieren.