Weißlichtinterferometrie (WLI)

• Oberflächencharakterisierung: Optische Messgeräte werden zur präzisen dreidimensionalen Vermessung der Oberflächentopographie eingesetzt. Damit können Rauheit, Welligkeit und andere Texturen bestimmt werden.
• Schichtdickenmessung: Die Schichtdicken dünner transparenter Schichten auf Substraten können mit einem optischen Messgerät zerstörungsfrei bestimmt werden.
• Qualitätskontrolle: Optische Oberflächenmessgeräte werden in der Produktion und Qualitätssicherung eingesetzt, um sicherzustellen, dass Produkte die gewünschten Oberflächeneigenschaften und -qualitäten aufweisen.
• Schadensanalyse: Die optischen Messgeräte dienen zur Untersuchung von Verschleißerscheinungen bei Schadensfällen, um auf die zugrunde liegende Schadensursache schließen zu können.

Die Weißlichtinterferometrie ist ein optisches Verfahren zur berührungslosen Vermessung von Oberflächen. Dabei wird breitbandiges Licht im sichtbaren Spektralbereich verwendet, das mithilfe eines Strahlteilers in zwei Teilstrahlen aufgeteilt wird. Einer der Teilstrahlen wird in den Referenzarm auf einen Spiegel gelenkt, während der zweite Teilstrahl auf die Oberfläche des Messobjekts trifft und dort reflektiert wird.

Anschließend werden beide Teilstrahlen im Strahlteiler wieder überlagert. Aufgrund der begrenzten Kohärenzlänge des Weißlichts entsteht nur dann ein messbares Interferenzsignal, wenn die optischen Weglängen beider Strahlen nahezu identisch sind. Das erzeugte Interferenzsignal enthält Informationen über die Höhenstruktur beziehungsweise Topographie der Oberfläche und kann mit hoher Genauigkeit ausgewertet werden.

Zur Erfassung größerer Oberflächenbereiche können mehrere Einzelmessfelder rechnergestützt zusammengesetzt werden (Stitching). Dadurch lassen sich auch großflächige Bauteile mit hoher Auflösung präzise vermessen.

Im Gegensatz zur taktilen Messung mit einer Tastspitze, die einen Radius und einen Öffnungswinkel aufweist, können optische Messmethoden Vertiefungen und Erhabenheiten der Oberflächenmikrostruktur sehr präzise erfassen.

Ein weiterer Vorteil optischer Messverfahren ist ihre berührungslose Arbeitsweise. Da kein Taster mit der Oberfläche in Kontakt kommt, bleibt diese unverändert und wird nicht durch den Messvorgang beeinflusst. Dadurch eignen sich optische Verfahren besonders für weiche oder empfindliche Werkstoffe wie Kunststoffe, Elastomere, Beschichtungen oder Aluminium. Im Gegensatz dazu kann eine taktile Messung mit einer Diamanttastspitze die Oberfläche durch Eindringen oder leichtes Anritzen verändern und so das Messergebnis verfälschen.

Tastspur durch Diamanttastspitze

Klassischerweise wird die Ebenheit einer Oberfläche taktil mit einer 3D-Koordinatenmessmaschine gemessen. Dabei wird die Oberfläche im Einzelpunktbetrieb mit einem Messtaster taktil angetastet und daraus die Ebenheitsabweichung berechnet.

Bei höheren Genauigkeitsanforderungen an die Messung der Ebenheitsabweichung erfolgt die Vermessung der Oberfläche optisch. Dies ist sowohl mit konfokalen Mikroskopen als auch mit Weißlichtinterferometern möglich. Mit einem Weißlichtinterferometer lassen sich auch relativ große Einzelmessfelder realisieren und damit Genauigkeiten von bis zu 0,1 µm absolut über das gesamte Messfeld erreichen.