KI zur Formmessung optischer Oberflächen

Optische Asphären und Freiformflächen sind in der Industrie weit verbreitet. Die PTB forscht in Kooperation mit einem Industriepartner an der Weiterentwicklung und Rückführung des Tilted-Wave-Interferometers, eines interferometrischen Messsystems zur optischen Formmessung solcher Flächen. Sein Rekonstruktionsverfahren basiert auf einem Vergleich der Messdaten des Prüflings mit den simulierten Daten einer Design-Topografie, also der erwarteten Form des Prüflings. Aus der Differenz zwischen Messdaten und simulierten Daten wird die Abweichung des Prüflings zum Design bestimmt.

Die neue Methode nutzt tiefe neuronale Netze, um diese Abweichung zu ermitteln. Mithilfe eines Ensembles mehrerer trainierter neuronaler Netze erhält man zusätzlich die Modellunsicherheit der Rekonstruktion. In numerischen Experimenten zeigte sich, dass die Methode auch bei Kalibrierfehlern oder Rauschen zuverlässige Ergebnisse liefert.

In einer ersten Anwendung wurde die neue Methode für die Messdaten eines asphärischen Prüflings eingesetzt, dessen Design-Topografie einen Grundflächendurchmesser von ca. 25 mm und einen maximalen Höhenunterschied (peak-to-valley) von ca. 4 mm besitzt. Die rekonstruierte Oberflächenform stimmt innerhalb der Modellunsicherheiten mit der Formrekonstruktion einer modernen Vergleichsmethode aus der Industrie überein.

Sobald die neuronalen Netze trainiert sind, können neue Daten auf Knopfdruck ausgewertet werden. Die Meatomathode ist also schnell, beinhaltet eine Unsicherheitsvorhersage und könnte somit zukünftig speziell für die Qualitätskontrolle in der Massenproduktion interessant sein.