Ein praxisnaher Guide für Ingenieure und Techniker
Die Wahl eines optischen Profilers war früher einfach — jede Technologie hatte ihren klar definierten Idealbereich. Heute gilt das nicht mehr. Weißlichtinterferometrie (WLI/CSI), Konfokalmikroskopie und Fokusvariation profitieren allesamt von besserer Optik, intelligenteren Algorithmen und verbesserter Signalverarbeitung. Ihre Fähigkeiten überschneiden sich stärker als je zuvor.
Die richtige Frage lautet daher nicht mehr, welche Technologie Ihre Oberfläche messen kann — sondern welche Technologie sie mit der besten Genauigkeit, Wiederholbarkeit und Effizienz im Arbeitsablauf misst.
Vier Fragen, die Ihre Wahl bestimmen
Müssen Sie steile Flanken messen?
Typische Anwendungen
Werkzeugprüfung · Additive Fertigung · Turbinenschaufel-Merkmale · Strukturierte und gestrahlte Oberflächen
Erkenntnis für die Praxis
Wenn die Analyse steiler Flanken Ihren Arbeitsalltag bestimmt, bieten Fokusvariation oder Konfokaltechnik oft Vorteile.
Messen Sie Rauheit, Beschichtungen oder Präzisionsoberflächen?
Typische Anwendungen
Nanometer-Rauheit · Optische Oberflächen · Dünnschichten und Beschichtungen · Halbleiterstrukturen · Stufenhöhenmessungen
Erkenntnis für die Praxis
Wenn vertikale Empfindlichkeit und geringes Rauschen entscheidend sind, bleibt WLI/CSI die leistungsstärkste verfügbare Lösung.
Stehen Form, Welligkeit oder dimensionelle Messtechnik im Vordergrund?
Typische Anwendungen
Ebenheit · Parallelität · Durchbiegung und Verzug · Welligkeit · Großflächige Topografie
Erkenntnis für die Praxis
Für diese Anwendungen ist die Systemarchitektur — Stitching-Qualität, Scanbereich, Stabilität — wichtiger als das Messprinzip allein. Empfehlung: mit WLI beginnen.
Handelt es sich um eine Fertigungsmesstechnik-Umgebung?
Typische Anwendungen
Gut-/Schlecht-Prüfung · Dickenkontrolle · Mehrteilmessungen · Vertiefte Merkmale und Bohrungen
Erkenntnis für die Praxis
Fertigungsmesstechnik wird oft stärker von robusten Arbeitsabläufen und Durchsatz bestimmt als von maximaler Auflösung. Empfehlung: mit einem WLI-Makroprofiler beginnen.
Die Technologie-Perspektive und worin sie sich unterscheiden
Weißlichtinterferometrie – am besten für Präzisionsoberflächen und Produktionsanforderungen
Aufgrund ihrer hohen Zuverlässigkeit und ihrer hohen, stabilen vertikalen Auflösung sind WLIs die Standardlösung im industriellen Bereich. Für steile Flanken oder stark streuende Oberflächen sind sie jedoch weniger geeignet.
- Höchste vertikale Auflösung (sub-nm)
- Glatte und reflektierende Oberflächen
- Ideal für großflächige Form, Ebenheit, Parallelität, Dicke und Beschichtung
- Auflösung konstant entlang der Z-Achse
Fokusvariation – am besten für steile und strukturierte Oberflächen
Profiler auf Basis der Fokusvariation eignen sich am besten, wenn Oberflächen an steilen Flanken gemessen werden müssen. An glatten, fein bearbeiteten oder spiegelnden Oberflächen zeigen sie jedoch Grenzen.
- Bewältigt Steigungen bis 80° und darüber hinaus
- Passend für sehr raue, strukturierte Oberflächen
Konfokalmikroskopie – vielseitige Systeme für viele Aufgaben
Profilometer auf Basis der Konfokaltechnik glänzen bei keiner Aufgabe besonders, sind aber für viele Aufgaben der Oberflächenmesstechnik gut geeignet. Der Nachteil dieser Technologie ist, dass die vertikale Auflösung etwas geringer ist und entlang der Z-Achse variiert.
- Vielseitig über verschiedene Oberflächentypen hinweg
- Bewältigt moderate Steigungen gut
- Gemischte Materialien und allgemeine industrielle Messtechnik
- Gutes Gleichgewicht aus Auflösung und Flexibilität
Multi-Technologie-Systeme – mehr Flexibilität mit gewissen Kosten
Multi-Technologie-Systeme vereinen alle Technologien in einem Profiler. Sie bieten daher maximale Flexibilität, erfordern jedoch auch, dass die Bediener wissen, wann welche Technologie einzusetzen ist — und wie Unterschiede zu interpretieren sind, wenn dasselbe Bauteil an verschiedenen Tagen unterschiedliche Ergebnisse liefert. Für die meisten Labore und Produktionsumgebungen deckt eine gut abgestimmte Einzeltechnologie die Mehrheit der Aufgaben zuverlässiger ab — mit einfacheren Arbeitsabläufen und geringeren Gesamtbetriebskosten.
- Alle Technologien in einem System
- Höhere Kosten
- Höhere Komplexität in Technik und Bedienung bzw. bei Bewertungen
Messtechnische Kriterien und wie die Technologien abschneiden
| Kriterium | WLI / CSI | Konfokal | Fokusvariation |
| Vertikale Auflösung | Höchste | Hoch | Moderat – hoch |
| Glatte reflektierende Oberflächen | Hervorragend | Gut | Anspruchsvoll |
| Steile Flanken | Moderat | Gut | Hervorragend |
| Schichtdicke | Hervorragend | Gut | Begrenzt |
| Großflächige Form | Hervorragend | Gut | Moderat |
| Fertigungsmesstechnik | Hervorragend | Gut | Anwendungsabhängig |
Bewerten Sie das System, nicht nur die Technologie
Technologie-Marketing neigt dazu, die Bestleistung an idealen Proben zu zeigen. Eine aussagekräftige Bewertung ob ein System für Sie passend ist erfolgt bestenfalls an Ihren Bauteilen, anhand Ihrer Abnahmekriterien. Dies sind die Kriterien, die die Leistung unter realen Bedingungen offenbaren:
- Anteil ungültiger Pixel an realer Bauteilgeometrie
- Wiederholbarkeit — dasselbe Bauteil 10-mal messen
- Messzeit einschließlich Stitching
- Korrelation zu Ihrer Referenzmethode (taktil, KMG)
- Schulungsaufwand und Bedienerabhängigkeit
Unsere Empfehlung: Untersuchen Sie Ihr kritischstes Bauteil und bitten Sie die Hersteller zumindest um eine Machbarkeitsprüfung. Im besten Fall mieten Sie ein System und testen es gründlich mit Ihren Experten in Ihrer Umgebung.
Polytec bietet eine kostenlose Machbarkeitsprüfung, und Sie können ein System problemlos mieten — die Kosten können beim Kauf vom Kaufpreis abgezogen werden, wenn das System seinen Nutzen für Sie unter Beweis gestellt hat. Entdecken Sie unser Try-before-buy-Angebot.
Unsere Empfehlung
Für die Mehrheit der industriellen Messaufgaben — Rauheit an Präzisionsbauteilen, Form an optischen Komponenten, Beschichtungs- und Schichtdicke, Ebenheit — liefert WLI/CSI die höchste Genauigkeit und die geringste Messunsicherheit.
Konfokaltechnik und Fokusvariation sind die richtige Wahl, wenn es um sehr steile Flanken oder außergewöhnlich hohe Rauhigkeit gemessen werden muss. Doch beide bringen Kompromisse bei den eher typischen Kriterien mit sich, die für die Präzisionsmesstechnik am wichtigsten sind.
Der beste Auswahlprozess ist ein Messversuch an repräsentativen Bauteilen. Kein Datenblatt oder Vertriebsmeeting ersetzt diese Investmentabsicherung.
FAQ
Wie funktioniert die Weißlichtinterferometrie (WLI/CSI)?
Die Weißlichtinterferometrie, auch Kohärenz-Scanning-Interferometrie (CSI) genannt, teilt einen Strahl breitbandigen Lichts in einen Referenzpfad und einen Pfad, der von der Oberfläche reflektiert wird. Während das Objektiv vertikal scannt, interferieren die beiden Strahlen, und der Interferenzkontrast erreicht sein Maximum genau in der Höhe, in der die Weglängen übereinstimmen. Durch das Verfolgen dieses Maximums für jeden Pixel erstellt das System eine Höhenkarte mit vertikaler Auflösung im Sub-Nanometer-Bereich, die entlang der Z-Achse konstant bleibt — weshalb WLI/CSI auf glatten, reflektierenden und Präzisionsoberflächen so stark ist. Die Geräteklasse ist in ISO 25178-604 definiert.
Wie funktioniert die Konfokalmikroskopie zur Oberflächenmessung?
Ein Konfokalmikroskop beleuchtet die Oberfläche durch eine Lochblende und erfasst das reflektierte Licht durch eine zweite Lochblende, sodass nur Licht aus genau der Fokusebene den Detektor erreicht, während unscharfes Licht ausgeblendet wird. Durch das Scannen über den Fokus und das Erfassen, wo jeder Punkt am schärfsten ist, rekonstruiert das System die Oberflächenhöhe Punkt für Punkt. Das macht die Konfokaltechnik zu einem vielseitigen Allrounder über viele Oberflächentypen und moderate Steigungen hinweg — mit einer vertikalen Auflösung, die etwas geringer als bei WLI ist und entlang der Z-Achse variieren kann. Die Geräteklasse ist in ISO 25178-607 beschrieben.
Wie funktioniert die Fokusvariation?
Die Fokusvariation nutzt ein optisches System mit geringer Schärfentiefe in Kombination mit einem vertikalen Scan. Während sich die Optik durch den Fokus bewegt, analysiert das Gerät die Veränderung der Bildschärfe (Kontrast) an jedem Punkt; die Höhe, in der ein Punkt am schärfsten ist, ergibt seine Erhebung. Da sie auf Oberflächentextur und Reflektivitätsunterschieden statt auf Interferenz beruht, bewältigt die Fokusvariation steile Flanken (Steigungen bis etwa 80° und darüber hinaus) sowie raue oder strukturierte Oberflächen sehr gut, ist jedoch für sehr glatte oder spiegelnde Oberflächen weniger geeignet. Die Geräteklasse ist in ISO 25178-606 definiert.
Was ist ein konfokal-chromatischer (Punkt-)Sensor und worin unterscheidet er sich von der Konfokalmikroskopie?
Ein konfokal-chromatischer Sensor verwendet eine Linse mit gezielter axialer chromatischer Aberration, sodass jede Wellenlänge des weißen Lichts in einem leicht unterschiedlichen Abstand fokussiert wird. Nur die auf der Oberfläche fokussierte Wellenlänge kehrt scharf durch die Lochblende zurück, und ein Spektrometer liest diese Wellenlänge aus, um die Höhe zu bestimmen. Anders als die bildgebende Konfokalmikroskopie, die eine Fläche erfasst, ist die chromatische Sonde ein Punktsensor, der häufig für schnelle Abstands-, Dicken- und Messungen vertiefter Merkmale eingesetzt wird. Sie ist separat in ISO 25178-602 genormt.
Sind diese optischen Profilometrie-Methoden genormt?
Ja. Die Normenreihe ISO 25178 (Geometrische Produktspezifikation, Oberflächenbeschaffenheit: Flächenhaft) definiert die flächenhafte Oberflächenmessung sowie die konstruktiven und messtechnischen Eigenschaften jedes Gerätetyps: Kohärenz-Scanning-Interferometrie in Teil 604, Konfokalmikroskopie in Teil 607, Fokusvariation in Teil 606 und konfokal-chromatische Sonden in Teil 602. Da sich aus flächenhaften Topografiedaten Oberflächenprofile ableiten lassen, gelten diese Methoden auch für Profilmessungen, was die Ergebnisse zwischen Geräten vergleichbar macht, wenn dieselben Parameter und Einstellungen verwendet werden. Die Normen werden von ISO/TC 213 gepflegt.
Schneller Einstieg in die Oberflächenmesstechnik
Wir nehmen unseren Anspruch measure what matters ernst — und unterstützen Sie auf die Weise, die zu Ihrer Situation passt. Selbst wenn Ihr Bedarf nur vorübergehend ist oder ein komplettes System noch nicht im Budget liegt, haben Sie Optionen: Mieten Sie ein System mit PolyRent, oder lassen Sie unsere Spezialisten die Messungen mit PolyMeasure für Sie durchführen. Und wenn Sie kaufen möchten, empfehlen wir, mit einer Machbarkeitsstudie oder einer Miete zu beginnen — wobei die Mietgebühr anschließend auf Ihren Kaufpreis angerechnet wird. Sprechen Sie mit unseren Experten, und wir empfehlen Ihnen den am besten passenden Ansatz für Ihre Messaufgaben.