Ziel der Entwicklung
Technologisches Ziel von MORIA war es, eine technologische Anwender-Plattform für applikationsspezifische optische Abstandssensoren mit einem MORIA-Sensorprototyp für reflektierende Oberflächen zu entwickeln. Nach Projektabschluss sollte eine neue marktbereite Sensorfamilie für diese Aufgabenstellung vorliegen. Die angestrebte Genauigkeit des Abstandsensors liegt unter 10 nm, die mit interferometrischen Methoden erreicht werden konnte. Je nach Art der Lichtquelle (LED oder Halbleiter-Laser-Chip) liegt diese Positionsgenauigkeit in Arbeitsbereichen zwischen einigen bis 100 µm. Ausgehend von der zuvor am CiS Forschungsinstitut entwickelten bidirektionalen Sender-Empfänger-Plattform MORES®, einer gestapelten Silizium-Glas-Technologie mit integrierter Lichtquelle, sollten im Projekt verschiedene Integrations- und Anwendungsmöglichkeiten der Abstandsbestimmung eines Reflektors entwickelt und getestet werden. So konnten beispielsweise systemintegrierte Reflektoren für Druckmessungen, aber auch reflektierende Oberflächen eines Messobjektes zur klassischen Sensor-Proben-Abstandsmessung entwickelt werden. Ein weiteres Ziel war es, die gemessenen Signale sensorintegriert zu verstärken und vorzuverarbeiten. Die Sensorplattform verfügt über die üblichen Hardwareschnittstellen sowie anwendungsspezifisch entwickelte Ansteuerungs- und Analysesoftware.
Vorteile und Lösungen
Im Projekt MORIA wurde eine Plattform für optische Abstandssensoren erarbeitet, aus denen sich verschiedene Applikationen ableiten lassen. Hervorzuheben sind ein optischer Drucksensor, mit einem rein mechanischen Druckwandlerkern, für die Integration in einen interferometrischen Sensor auf Basis der MORES® -Technologieplattform. Dieser Sensor mit Baugröße unter 8 mm x 8 mm x 8 mm erreicht eine Positionsgenauigkeit von unter 3 nm im Messwertebereich von etwa 0 bis 25 µm. Mithilfe des Druckwandlerkerns entspricht dies einer relativen Luftdruckgenauigkeit von 10-3 im Bereich von 0 bis 10 bar. - ein MORIA Funktions- und Technologie-Wissen, einschließlich patentrechtlich gesichertes Know how für Transfer-, Adaptions- und Applikationsprojekte für vorzugsweise Industrieanwender, kundenspezifische Lösungen sowie Lizenzvergaben an Sensor- und Systemhersteller. Die allgemein verbreitete Messstrategie zur optischen Abstandsmessung im Rahmen der Sensorik beruht auf Triangulation oder konfokalen Prinzipien die besonders im hochauflösenden oder hochpäzisen Fall in Konkurrenz zu kapazitiven oder induktiven Verfahren stehen. Unser interferometrischer Sensor macht man sich häufig die Periodizität des Signals zu nutze, um aus Relativmessungen der Intensität beziehungsweise Intensitätsverhältnissen direkt auf Änderungen der Messgröße schließen zu können. Damit ist eine hohe Auflösung im Nanometerbereich erzielbar und zusätzlich über die wellenlängendefinierte Periode ein weiter Messbereich adressierbar. Daraus resultiert eine hohes Potential und ein Alleinstellungsmerkmal für den MORIA Sensor. MORIA als kompaktes, integriertes und preisgünstiges Messmodul ist auf Basis der im CiS-Forschungsinstitut etablierten MORES®-Technologieplattform für optische Sensoren entwickelt und erweitert diese um ein weiters physikalisches Grundprinzip. Hervorzuheben ist in diesem Zusammenhang, dass mit der CiS-Technologie Plattform MORES® ein essentielles Sensor-Alleinstellungsmerkmal verbunden ist, die Miniaturisierung. Die Miniaturisierung ist gleichzeitig unverzichtbare Voraussetzung für den integrierten Einsatz solcher Sensoren im Rahmen der mit dem Projekt avisierten Zielgruppe / Zielmarkt, in Werkzeugmaschinen und somit in der die Werkzeugindustrie.
Zielgruppe und Zielmarkt
Entsprechend seiner Möglichkeiten als Forschungsinstitut, konzentriert das CiS dabei seine Verwertungsaktivitäten vor allem auf die wirtschaftliche Umsetzung des MORIA Basis-Know-how in Form des MORIA Abstandssensors als OEM-Komponente. Zielmarkt ist die Mess- und Justiertechnik. Dabei bildet die Integration von Mess- und Justiertechnik in Werkzeuge und Werkzeugmaschinen ein besonderes Marktsegment, welches als sensor-integrierte Werkzeuge einen hoch-innovativem Trend folgt. Als Mikrosensorikeinrichtung hat CiS eine hohe Kompetenz in Richtung Miniaturisierung, so dass diesem Marksegment besondere Aufmerksamkeit gewidmet wird. Der Sensorintegration in Produktionsmesstechnik, direkt in Werkzeugen und Werkzeugmaschinen gilt deshalb der Vorzug in der Vermarktungsstrategie. Im Rahmen der bestehenden Partnerschaft zur Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung e.V. Schmalkalden (GFE) als Branchenvertreter der Werkzeugindustrie wird diese strategische Linie vertieft.