Digitale Holographie

Die digital-holographische 3D-Messtechnik ermöglicht die schnelle (sub-Sekunden) und gleichzeitig hochpräzise (µm-Bereich) Messung der 3D-Geometrie von typischerweise streichholzschachtelgroßen technischen Bauteilen. Das Grundprinzip der Holographie geht auf eine Erfindung von Dennis Gabor aus dem Jahr 1948 zurück, für die er 1971 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurde.

Im Gegensatz zur Fotographie, bei der die räumliche Verteilung der Lichtintensität gespeichert wird, nutzt die Holographie zusätzlich die Aufzeichnung der Phaseninformation. Voraussetzung hierfür ist eine kohärente Lichtquelle – typischerweise ein Laser. Wird die Oberfläche eines Prüflings mit Laserlicht beleuchtet, ist in der Phasenverteilung der rückgestreuten Lichtwelle die Form des Prüflings gespeichert. Durch die interferometrische Aufzeichnung und anschließende digitale Rekonstruktion wird diese Information zugänglich und genutzt, um Oberflächen dreidimensional zu vermessen.

Messen mit mehreren Wellenlängen an technischen Oberflächen

Durch den Einsatz mehrerer schmalbandiger Laser werden verschiedene synthetische Wellenlängen generiert. Dank dieser unterschiedlichen Wellenlängen erschließt sich ein breites Messspektrum, je nach Rauigkeit der Oberfläche vom (Sub-) Mikrometer- bis in den Millimeterbereich. Auflösung und Reproduzierbarkeit der Messungen sind vom Abstand der Einzelwellenlängen und von der Oberflächenbeschaffenheit abhängig und können durch geschickte Wahl der Lichtquellen flexibel an die jeweilige Anwendung angepasst werden.

Im Gegensatz zur klassischen Interferometrie oder Holographie mit nur einer Laserwellenlänge können mit der Mehrwellenlängen-Holographie optisch raue Oberflächen vermessen werden. Das auf rauen Oberflächen entstehende Specklerauschen, welches quantitative Phasenauswertungen zur Topographiebestimmung normalerweise unmöglich macht, wird durch die numerische Rekonstruktion bei verschiedenen Wellenlängen eliminiert. Dabei entsteht eine Phasenkarte bei der Schwebungsfrequenz der Einzelwellenlängen, welche die Information über die Topographie des beleuchteten Objekts enthält und quantitativ ausgewertet werden kann.

Genauigkeit und Geschwindigkeit bei anspruchsvollsten Inline-Prüfaufgaben

Die rechenaufwändige digital-holographische Rekonstruktion der komplexwertigen Wellenfelder, in denen die Prüflingstopographie gespeichert ist, erfolgt auf modernen Grafikkarten und wurde in den vergangenen Jahren um mehrere Größenordnungen beschleunigt. Der von Fraunhofer IPM entwickelte 3D-Sensor HoloTop wertet mehr als 100 Mio. Messpunkte pro Sekunde aus und besitzt damit hinsichtlich Genauigkeit und Geschwindigkeit eine Alleinstellung.

Fraunhofer IPM besitzt ein Schlüsselpatent (DE102008020584B3) zur Selbstkalibration der synthetischen Wellenlängen, deren Länge die Maßverkörperung des Verfahrens darstellt.

Weitere Informationen

 

Presseinformation zum Projektabschluss »HoloMotion« / 24.3.2021

Digitale Holographie in Bewegung

Im Forschungsprojekt »HoloMotion« hat Fraunhofer IPM das 3D-Messverfahren der digitalen Mehrwellenlängen-Holographie weiterentwickelt: Zum einen können jetzt erstmals Bauteile in Bewegung hochpräzise vermessen werden. Zum anderen wurde die optische Verzahnungsmessung mittels digitaler Holographie auf ein neues Level gehoben.

 

Light: Advanced Manufacturing 2, Article number: 15 (2021) / 5.7.2021

Übersichtsartikel:
Digitale Holographie in der Produktion

Unsere Experten geben einen Überblick über das industrielle Anwendungsspektrum der digitalen Holographie mit mehreren Wellenlängen – von der ersten Installation in der Fertigung von Dichtflächen für die Automobil-Industrie im Jahr 2015 bis zum aktuellen Einsatz in der hochpräzisen Prozessorfertigung.

 

Presseinformation zum Hugo-Geiger-Preis / 24.3.2021

Digitale Holographie an bewegten Objekten

Auf dem Weg in die industrielle Anwendung

Dr. Annelie Schiller wurde für Ihre Promotion zu digitaler Holographie an bewegten Objekten mit dem Hugo-Geiger-Preis ausgezeichnet.

Quality Engineering 04/2021 / 5.7.2021

»Hohe Messraten, hochgenaue Messergebnisse«

Der Beitrag im Fachmagazin Quality Engineering erläutert, wie sich Bauteiloberflächen mithilfe von digitaler Mehrwellenlängenholographie kontaktlos, hochpräzise und schnell erfassen lassen und welche Möglichkeiten sich dadurch für die Industrieproduktion eröffnen.

Anwendungen »Digitale Holographie«

 

Anwendungen

Geometriemessungen (3D und 2D)

Hochpräzise 3D-Inline-Vermessung von Bauteilen

Publikationen »Digitale Holographie«

Jahr
Year
Titel/Autor:in
Title/Author
Publikationstyp
Publication Type
2024 Detecting vibrations in digital holographic multiwavelength measurements using deep learning
Störk, Tobias; Seyler, Tobias; Fratz, Markus; Bertz, Alexander; Hensel, Stefan; Carl, Daniel
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2024 On the influence of schlieren in large field-of-view applications of multiwavelength holography
Aslan, Marc Johannes; Seyler, Tobias; Leclerc, Dominik; Bertz, Alexander; Carl, Daniel
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2024 Acousto-optic and electro-optic modulation for multi-wavelength holography
Voßgrag, Leonard; Kießling, Jens; Seyler, Tobias; Bertz, Alexander; Carl, Daniel; Breunig, Ingo
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2023 Simulating Holograms from 3D CAD Models via Inverse Hologram Reconstruction for Multiwavelength Holography
Aslan, Marc Johannes; Seyler, Tobias; Fratz, Markus; Bertz, Alexander; Carl, Daniel; Beck, Maxim; Riedmüller, Kim Rouven; Liewald, Mathias
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2023 Digital holography in a machine tool: measuring large-scale objects with micron accuracy
Seyler, Tobias; Fratz, Markus; Schiller, Annelie; Bertz, Alexander; Carl, Daniel; Schmitt-Manderbach, Tobias; Langer, Markus
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2023 Multiwavelength Holography: Absolute Height Measurements Ready for Application in Gear Metrology
Schiller, Annelie; Fratz, Markus; Seyler, Tobias; Bertz, Alexander; Carl, Daniel
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2023 Investigation of Permuted Phase Steps on Multiwavelength Digital Holographic Measurements
Störk, Tobias; Seyler, Tobias; Bertz, Alexander; Carl, Daniel
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2023 Dynamisch-holographisches Messverfahren zur Erfassung metallischer Freiformflächen (HoloMotion). Schlussbericht
Fratz, Markus; Schiller, Annelie; Bertz, Alexander
Bericht
Report
2023 Extended Unambiguous Measurement Range in Multi-Wavelength Digital Holography Using Virtual CAD Rendered Height Maps
Laskin, Gennadii; Seyler, Tobias; Fratz, Markus; Bertz, Alexander; Carl, Daniel
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2022 Combined electronic speckle pattern interferometry and digital holography for analysis of deformations in magnetic shape memory actuators
Laskin, Gennadii; Heider, Jonas; Schnetzler, René; Fratz, Markus; Schiller, Annelie; Bertz, Alexander; Laufenberg, Markus; Carl, Daniel
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2022 Multiwavelength digital holography with meter scale synthetic wavelengths at micrometer precision
Seyler, Tobias; Kießling, Jens; Bertz, Alexander; Schiller, Annelie; Stevanovic, Jonas; Fratz, Markus; Carl, Daniel
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2022 Extended depth of field with absolute position detection in multi-wavelength digital holography
Fratz, Markus; Seyler, Tobias; Schiller, Annelie; Bertz, Alexander; Carl, Daniel
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2022 HOLO-KI: KI-basierte Qualitätskontrolle von Hochpräzisions-Drehteilen. Abschlussbericht
Seyler, Tobias
Bericht
Report
2022 Adiabatic frequency conversion in microresonators for multi-wavelength holography
Breunig, Ingo; Minet, Yannick; Seyler, Tobias; Bertz, Alexander; Holl, Peter; Basler, Michael; Zappe, Hans; Buse, Karsten
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 Digitalholographische 3D-Messtechnik
Carl, Daniel
Aufsatz in Buch
Book Article
2021 Hohe Messraten, hochgenaue Messergebnisse
Bertz, Alexander
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2021 Submikrometergenaue 3D-Oberflächenmessung in der Produktion
Fratz, Markus; Seyler, Tobias; Schiller, Annelie; Bertz, Alexander
Aufsatz in Buch
Book Article
2021 Multi-wavelength digital holography on a collaborative robot
Seyler, Tobias; Beckmann, Tobias; Stevanovic, Jonas; Fratz, Markus; Bertz, Alexander; Carl, Daniel
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 Topographiemessung mittels digitaler Holographie auch an bewegten Objekten
Schiller, Annelie; Bertz, Alexander
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2021 Digital holography in production. An overview
Fratz, Markus; Seyler, Tobias; Bertz, Alexander; Carl, Daniel
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2021 Flächige Zahnflankenprüfung mittels digitaler Holographie
Schiller, Annelie; Fratz, Markus; Seyler, Tobias; Bertz, Alexander; Carl, Daniel
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 High-speed electronic speckle pattern interferometry for analysis of thermo-mechanical behavior of electronic components
Laskin, Gennadii; Huai, Haosu; Fratz, Markus; Seyler, Tobias; Beckmann, Tobias; Schiffmacher, Alexander; Bertz, Alexander; Wilde, Jürgen; Carl, Daniel
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 Digital holographic measurement system for use on multi-axis systems
Stevanovic, Jonas; Seyler, Tobias; Aslan, Johannes; Beckmann, Tobias; Bertz, Alexander; Carl, Daniel
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 Microscopic height measurements on moving objects with digital holography
Schiller, Annelie; Beckmann, Tobias; Fratz, Markus; Bertz, Alexander; Carl, Daniel
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 Digital holography as a tool for high-speed high-precision 3D-measurements for industrial applications
Fratz, Markus; Beckmann, Tobias; Seyler, Tobias; Bertz, Alexander; Carl, Daniel
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2020 Holographie-Mikroskop mit Raspberry Pi
Beckmann, Tobias
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2020 Digitale Holographie in der Werkzeugmaschine
Seyler, Tobias
Dissertation
Doctoral Thesis
2020 Messung der Topographie bewegter Objekte mittels digitaler Holographie
Schiller, Annelie
Dissertation
Doctoral Thesis
2020 Messung der Topographie bewegter Objekte mittels digitaler Holographie
Schiller, Annelie
Dissertation
Doctoral Thesis
2020 HoloPort - design and integration of a digital holographic 3-D sensor in machine tools
Seyler, Tobias; Engler, Johannes; Beckmann, Tobias; Fratz, Markus; Bertz, Alexander; Carl, Daniel
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2020 HoloPort - Submikrometergenau 3D-Messen in der Werkzeugmaschine
Seyler, Tobias; Engler, Johannes; Fuchs, Markus; Beckmann, Tobias; Fratz, Markus; Bertz, Alexander; Carl, Daniel; Grün, Viktor; Börret, Rainer; Ströer, Felix; Seewig, Jörg
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2020 Robust multiwavelength digital holography using cascaded data evaluation
Seyler, Tobias; Bienkowski, Lasse; Beckmann, Tobias; Fratz, Markus; Bertz, Alexander; Carl, Daniel
Vortrag
Presentation
2019 HoloPort - 3D-Inline-Messtechnik für die Werkzeugmaschine
Seyler, Tobias
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2019 3D-Inline-Messtechnik
Seyler, Tobias; Fratz, Markus; Beckmann, Tobias; Schiller, Annelie; Engler, Johannes; Bertz, Alexander; Carl, Daniel
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2019 Inline application of digital holography [Invited]
Fratz, Markus; Beckmann, Tobias; Anders, Joachim; Bertz, Alexander; Bayer, Markus; Gießler, Thomas; Nemeth, Christian; Carl, Daniel
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2019 Multiwavelength holography: Height measurements despite axial motion of several wavelengths during exposure
Schiller, Annelie; Beckmann, Tobias; Fratz, Markus; Bertz, Alexander; Carl, Daniel; Buse, Karsten
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2019 Multiwavelength digital holography in the presence of vibrations: Laterally resolved multistep phase-shift extraction
Seyler, Tobias; Bienkowski, Lasse; Beckmann, Tobias; Fratz, Markus; Bertz, Alexander; Carl, Daniel
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2019 Multiwavelength digital holography in the presence of vibrations: Laterally resolved multi-step phase-shift extraction
Seyler, Tobias; Bienkowski, Lasse; Beckmann, Tobias; Fratz, Markus; Bertz, Alexander; Carl, Daniel
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2019 Motion compensation for interferometric off-center measurements of rotating objects with varying radii
Schiller, Annelie; Beckmann, Tobias; Fratz, Markus; Bertz, Alexander; Carl, Daniel; Buse, Karsten
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2019 HoloPort - 3D-Sensor for machine tools
Seyler, Tobias; Engler, Johannes
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2019 Multiwavelength Holography: Height Measurements Despite Axial Motion of Several Wavelengths During Exposure
Schiller, Annelie; Beckmann, Tobias; Fratz, Markus; Bertz, Alexander; Carl, Daniel; Buse, Karsten
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2019 Industrial applications of digital holography
Fratz, Markus; Beckmann, Tobias; Anders, Joachim; Bertz, Alexander; Bayer, Markus; Gießler, Thomas; Carl, Daniel
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2019 Digital Holographic Microscopy for 200 € Using Open-Source Hard- and Software
Beckmann, Tobias; Fratz, Markus; Schiller, Annelie; Bertz, Alexander; Carl, Daniel
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2019 Optical gear measurement: Holographic system for 100 % inspection
Schiller, Annelie; Beckmann, Tobias; Fratz, Markus; Seyler, Tobias; Bertz, Alexander; Carl, Daniel
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2018 Messen am eingerichteten Werkstück
Seyler, Tobias; Fratz, Markus; Grün, Viktor; Börret, Rainer; Ströer, Felix; Seewig, Jörg
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2018 Flächige 3D-Messung in der Werkzeugmaschine
Seyler, Tobias; Fratz, Markus; Grün, Viktor; Börret, Rainer
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2018 Multiwavelength digital holography: Height measurements on linearly moving and rotating objects
Schiller, Annelie; Beckmann, Tobias; Fratz, Markus; Bertz, Alexander; Carl, Daniel; Buse, Karsten
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2018 Extensive microstructural quality control inside a machine tool using multiwavelength digital holography
Seyler, Tobias; Fratz, Markus; Beckmann, Tobias; Bertz, Alexander; Carl, Daniel; Grün, Viktor; Börret, Rainer; Ströer, Felix; Seewig, Jörg
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2018 Extending the depth of field beyond geometrical imaging limitations using phase noise as a focus measure in multiwavelength digital holography
Seyler, Tobias; Fratz, Markus; Beckmann, Tobias; Schiller, Annelie; Bertz, Alexander; Carl, Daniel
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2017 Digital-holographische 3D-Messtechnik
Carl, Daniel
Aufsatz in Buch
Book Article
2017 3D-Oberflächenmessung mit digitaler Mehrwellenlängen-Holographie
Fratz, Markus; Beckmann, Tobias
Aufsatz in Buch
Book Article
2017 Digital holography on moving objects. Multiwavelength height measurements on inclined surfaces
Schiller, Annelie; Beckmann, Tobias; Fratz, Markus; Belzer, Dominik; Bertz, Alexander; Carl, Daniel; Buse, Karsten
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2017 Digital holography: Evolution from a research topic to a versatile tool for the inline 100% 3D quality control in industry
Fratz, Markus; Beckmann, Tobias; Schiller, Annelie; Seyler, Tobias; Bertz, Alexander; Carl, Daniel; Buse, Karsten
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2017 Digital holography on moving objects
Schiller, Annelie; Beckmann, Tobias; Fratz, Markus; Belzer, Dominik; Bertz, Alexander; Carl, Daniel; Buse, Karsten
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2017 Miniaturized multiwavelength digital holography sensor for extensive in-machine tool measurement
Seyler, Tobias; Fratz, Markus; Beckmann, Tobias; Bertz, Alexander; Carl, Daniel
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2016 Geprüfte Oberflächen. Sub-µm Inline-3D-Oberflächenprüfung im Sekundentakt
Fratz, Markus; Beckmann, Tobias; Bertz, Alexander; Carl, Daniel
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2016 Multiwavelength digital holography with spatial phase shifting on moving objects
Schiller, Annelie; Beckmann, Tobias; Fratz, Markus; Belzer, Dominik; Bertz, Alexander; Carl, Daniel; Buse, Karsten
Konferenzbeitrag
Conference Paper
Diese Liste ist ein Auszug aus der Publikationsplattform Fraunhofer-Publica

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