Determination of robust reference planes and data correction for the 3D roughness measurement with optical surface profilers
Final Report Abstract
Mit diesem Projekt wurden die Voraussetzungen geschaffen, um mit Topographiemikroskopen unterschiedlichste technische Oberflächen messen und analysieren zu können. Dazu wurde zunächst eine Datenbank aufgebaut mit deren Hilfe die Messergebnisse verwaltet werden können. Diese Datenbank dient gleichzeitig dazu a priori Wissen für vergleichbare Proben vorzuhalten. Des weiteren wurden Messbedingungen erarbeitet, mit denen eine sichere Messung neuartiger technischer Oberflächen möglich ist. Insbesondere gilt das für strukturierte Partikel- und Poren-Oberflächen, wie z. B. Alusil-, Lokasil und laserbelichtete Oberflächen. Dazu sind Objektive mit hohen numerischen Aperturen und große Messfelder notwendig. Durch die optische Messtechnik treten zudem Artefakte und Fehlstellen auf. Die optischen Artefakte sind messprinzip-bedingte fehlerhafte Höheninformationen im Messdatensatz. Fehlstellen sind fehlende Höheninformationen im Messdatensatz, Für nachfolgende Analysen ist oftmals ein vollständiger Messdatensatz notwendig. Deshalb wurde ein Verfahren entwickelt, das eine Rekonstruktion der Fehlstellen ermöglicht. Da die optischen Artefakte meist unmittelbare Nachbarn der Fehlstellen sind, wurde das Rekonstruktionsverfahren so entwickelt, dass die optischen Artefakte einen wesentlich geringeren Einfluss auf das Rekonstruktionsergebnis haben als herkömmliche Verfahren. Darüber hinaus wurde ein Verfahren entwickelt, das mittels mehrfachen Messungen und variierenden Beleuchtungen eine Aufweitung des Intensitätsbereichs des Messgerätes ermöglicht. Dadurch können Proben mit starken Reflektivitätsunterschieden mit einer deutlich reduzierten Fehlstellenanzahl vermessen werden. Aufgrund der geforderten hohen numerischen Apertur der Objektive stehen nur kleine Einzelmessfelder zur Verfügung. Für eine sichere Einpassung und für nachfolgende Analyseschritte sind jedoch große Messfelder notwendig. Damit diese großen Messfelder realisiert werden können, ist das Stitching der Einzelmessfelder zu einem großen Gesamtmessfeld notwendig. Dafür wurde ein Tool entwickelt, das eine xyz-Einpassung der Einzelmessfelder ermöglicht. Allerdings wurde hier weiterer Forschungsbedarf festgestellt, da zudem ein Ausgleich von Bildfeldwölbung und Winkelabweichungen erfolgen muss. Damit die Oberflächen analysiert werden können, ist eine robuste Bezugsflächenfindung, also eine Trennung von Form und Rauigkeit der Oberfläche, notwendig. Das Ziel ist, dass sich die Bezugsfläche in der Hintergrundmatrix der Oberfläche befindet, d.h. dass sich die meisten Messpunkte in unmittelbarer Nähe zur Bezugsfläche befinden. Hierzu wurde ein neuer Schätzer entwickelt, der eine auf die Oberfläche abgestimmte gewichtete Einpassung verwendet. Dabei kann auf die Datenbank zurückgegriffen werden, um mittels a priori Wissen, aufgrund vorangegangener Messungen vergleichbarer Oberflächen, eine verlässliche Einpassung zu ermöglichen.
Publications
- LANGHOLZ, N. AND SEEWIG, J. AND REITHMEIER, E., Reconstruction of bad values in optical measured surface data, 10th Int. Conference on Metrology and Properties of Engineering surfaces, Saint-Etienne 2005
- LANGHOLZ, N. AND SEEWIG, J. AND REITHMEIER, E., Robust surface fitting based on a priori knowledge about the measurement process, llth Int. Conference on Metrology and Properties of Engineering surfaces, Huddersneld 2007
