Messtechnik: Hundertmeter-Zollstock aus Licht

Der im Februar diesen Jahres gestartete Verbund FRESHLAR könnte den Markt der geometrisch-optischen Messtechnik revolutionieren.

Bisher stellte die exakte Vermessung über einen vergleichsweise großen Messbereich ein enormes Problem dar, insbesondere in der industriellen Fertigung. Schon viele Lösungsansätze wurden in der Vergangenheit untersucht, wie auch das Verfahren des Laserradars, dessen Messgenauigkeit für dieses Anwendungsgebiet allerdings bisweilen nur ausreichend ist.

Die Idee zur Lösung des Problems ist eine neuartige Laserstrahlquelle, die nach dem Prinzip der frequenzverschobenen Rückkopplung (FvR) arbeitet. So besteht erstmals die Möglichkeit, ein hochpräzises Laserradar aufzubauen, mit dem sich über große Entfernungen Abmessungen und Strukturen extrem genau vermessen lassen. Hierfür forscht die TU Kaiserslautern an einer neuen Methode, um die Wellenlänge des Lasers stetig mit der Zeit zu ändern. Diese Änderung der Wellenlänge mit der Zeit ist sehr präzise und reproduzierbar.

Zum Zeitpunkt t1 hat das Licht, das von der Laserstrahlquelle ausgesendet wird, die Wellenlänge lambda1. Das Licht trifft auf das Objekt und wird von diesem u.a. in Richtung des Messlasers zurückgestreut. Dort wird es mit dem Licht, das der Laser zu diesem Zeitpunkt t2 mit der Wellenlänge lambda2 aussendet, gemischt. Da sich die Wellenlänge des Lasers in der Zwischenzeit geändert hat, entsteht durch die Mischung ein Signal mit einer sog. Schwebungsfrequenz. Diese Frequenz ist im Idealfall ein exaktes Maß für den Abstand des Messsystems zum aussendenden Objektpunkt.

Die zunächst anvisierten Anwendungsfelder decken die ganze Bandbreite der Dinstanzmessung ab: zum einen soll das Messverfahren eingesetzt werden, um Mikrostrukturen zu vermessen, zum anderen zur Vermessung von weiträumigeren Objekten im Rahmen der Baufortschrittsüberwachung auf Großbaustellen. Weitere Anwendugsgebiete finden sich bei der Qualitätssicherung bei der Herstellung von Karosserieteilen, in der Flugzeugindustrie und grundsätzlich für autonome Robotersysteme oder Fahrzeuge. Kurzum: überall dort, wo im Produktionsprozess eine hochpräzise Distanzmessung notwendig ist.

Der Verbund FRESHLAR wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung in einem Zeitraum von drei Jahren noch bis Ende Februar 2012 mit über 2,3 Mio. Euro unterstützt. Das Verbundvorhaben ist die Entwicklung eines Systems zur Optimierung von „Tiefenprofil- und Entferungsmessung mit einem innovativen Laserkonzept“.

Koordiniert wird der aus vier Projektpartnern bestehende Verbund von Prof. Dr. Klaas Bergmann von der Technischen Universität Kaiserslautern. Prof. Dr. Bergmann ist ein international anerkannter Experte u.a. auf dem Gebiet der Entwicklung und Erforschung neuer Laserstrahlquellen

Im Oktober 2008 erhielt er den mit 10.000 Euro dotierten „Nature Award for Mentoring in Science“ aus der Hand von der Bundesministerin für Bildung und Forschung, Prof. Dr. Annette Schavan, und „Nature“ Chefredakteur Dr. Philip Campbell. Der Award wird jedes Jahr an herausragende Wissenschaftler aus einem anderen Land für ihre Mentortätigkeiten, explizit für die außergewöhnlichen Leistungen im Bereich der Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchs verliehen.

Die vier Projektpartner des Verbunds FRESHLAR aus der vom BMBF ausgeschriebenen Bekanntmachung „Femtonik – Nutzung ultraschneller Phänomene“:

Technische Universität Kaiserslautern
SpheronVR AG, Waldfischbach-Burgalben
LASERPLUSS AG, Kirschweiler
Bilfinger Berger AG, Frankfurt am Main