Kleinste Bauteile unter die Lupe nehmen

Mikrosysteme werden bereits heute in Tintenstrahldruckern, Airbags oder Endoskopen eingesetzt. Mit der zunehmenden Serienfertigung dieser intelligenten, miniaturisierten Bauteile wird auch eine automatische Qualitätskontrolle immer wichtiger. Fraunhofer-Forscher arbeiten an Systemen zur Inspektion von Kleinstteilen und Mikrosystemkomponenten. Auf der Control in Sinsheim (6.-9.Mai) stellen sie erste Ergebnisse vor.

In der Medizintechnik und Automobilindustrie sind sie längst bekannt: Mikrosysteme – kleinste Bauteile, die elektronische, mechanische oder optische Funktionen zusammenfassen. Sie helfen Chirurgen Endoskope zu bedienen oder lösen beim Autounfall den Airbag aus. Derzeit stehen immer mehr mikrotechnische Produkte vor dem Sprung in die Serienfertigung. NEXUS (The Network of Excellence in Multifunctional Microsystems) erwartet, dass der Weltmarkt für mikrotechnische Systeme jährlich um 20 Prozent wachsen wird. Das Marktvolumen soll von 30 Mrd US Dollar im Jahr 2000 auf 68 Mrd US Dollar im Jahr 2005 steigen. „Je mehr Kleinstteile und Mikrosysteme in Serie gefertigt werden, desto wichtiger wird auch eine automatisierte Qualitätskontrolle“, betont Thorsten Sy vom Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK in Berlin. IPK-Forscher arbeiten daher zusammen mit ihren Kollegen vom Zentrum für Mikrosystemtechnik an der Entwicklung von Werkzeugen für die Inspektion von Kleinstteilen. „Wir wollen unser Know-how auf dem Gebiet der industriellen Bildverarbeitung auf die besonderen Gegebenheiten der Mikrosystemtechnik übertragen. Dort müssen nur wenige Mikrometer große Bauteile und Komponenten auf Fehler untersucht werden“, nennt der Wissenschftler ein Ziel des Forschungsprojekts.

Wie das aussehen kann, zeigen Fraunhofer-Wissenschaftler beispielhaft an einem Prüfsystem für die Uhrenindustrie. Es untersucht die winzigen Zahnräder auf Fehler. Damit das Uhrwerk genau läuft, müssen die feinen Zacken exakt geformt sein. Schon Abweichungen von wenigen Mikrometern reichen aus und die Zähne greifen nicht mehr richtig ineinander. Das Uhrwerk läuft nicht mehr so gleichmäßig. „Um das zu vermeiden, nehmen wir mit dem Mikroskop die Zahnräder vergrößert auf“, erläutert der IPK-Wissenschaftler das Prüfsystem im Mikrometerbereich. Eine Software wertet die Aufnahmen aus. Sie kontrolliert Zahn für Zahn, ob die Zacken auch exakt geformt sind und nicht von der vorgegebenen Geometrie abweichen. Interessant ist das System vor allem für die Herstellung hochwertiger, mechanischer Uhren. Sie werden zum Teil nach wie vor noch von Hand gefertigt und nachbearbeitet. Vor dem Zusammenbau müssen die nur ein bis fünf Millimeter großen Zahnräder genau auf Fehler untersucht werden. Diese aufwändige Arbeit kann das neue Prüfsystem sicher und zuverlässig übernehmen.

„Das Bildverarbeitungssystem für die Uhrenindustrie ist nur ein Zwischenschritt. In diesem Projekt wollen wir erste Erfahrungen in der Qualitätssicherung bei Kleinstteilen sammeln“, erläutert Sy den Ansatz der Forscher. Das gewonnene Know-how wollen die Forscher dann für die Entwicklung von automatischen Bildverarbeitungsverfahren nutzen, die in der Mikrosystem-Produktion eingesetzt werden können.

Der Demonstrator für die Uhrenindustrie ist in Halle 6 auf dem Stand der Fraunhofer-Allianz Vision (Nr. 6305) zu sehen. Dort werden auch weitere neue automatisierte Bildsysteme ausgestellt. In der Fraunhofer-Allianz Vision haben sich 14 Fraunhofer-Institute zusammengeschlossen. Sie bündeln ihr Know-how im Bereich Bildverarbeitungssysteme für die Qualitätssicherung.

Ansprechpartner:
Thorsten Sy
Telefon 0 30 / 3 90 06-2 82 , thorsten.sy@ipk.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK
Pascalstraße 8-9
10587 Berlin