Fraunhofer IOSB auf der CeBIT: Automatisierte Mikroskopie im MicroLab

Waren Prozessoren noch vor wenigen Jahren überwiegend in Computern zu finden stecken Sie heute in Medizintechnik, Uhren, Brillen, intelligenten Textilien, Fahrzeugen oder in der Gebäudetechnik. Die Unterhaltungs- und Kommunikationstechnik boomt in unserer vernetzten Welt.

Inzwischen ist die Mikroelektronik im Nanobereich angekommen, die Bauteile sind so winzig, dass ein Prozessor in einem Stecknadelkopf Platz findet. Das stellt hohe Ansprüche an die Fertigung.

Das Fraunhofer IOSB beschäftigt sich seit langem mit der automatisierten Bildauswertung für die Qualitätssicherung in der Produktion, insbesondere mit der Inspektion von Oberflächen. So entstand die Idee, dieses Knowhow auf die Bildwelt der Mikroskopie zu übertragen. Entwickelt wurde eine Demo- und Testumgebung für eine vollautomatisierte Inspektion mit unterschiedlichen Mikroskopen, die mit Hilfe von etablierten automatisierungstechnischen Komponenten kombiniert werden. Dazu stehen im MicroLab verschiedene optische Mikroskope als Beispiele zur Verfügung. Dies sind momentan ein Makroskop mit flexiblen Beleuchtungsmöglichkeiten, ein Weißlichtinterferometer / Konfokal Mikroskop, ein Forschungsmikroskop und ein 3D-rekonstruierendes Autofokus-System.

Roboter als Operator

Bedient werden die Mikroskope von einem handelsüblichen sechsachsigen Industrieroboter. Er übergibt die Proben positionsgenau an die verschiedenen Mikroskope. Projektleiter Peter Frühberger erläutert: „Der Roboter ist mit einer zentralen Steuereinheit verbunden, die auf weitere Sensoren zurückgreifen kann. Dadurch weiß das Inspektionssystem über den laufenden Inspektionsprozess Bescheid und kann den Ablauf intelligent beeinflussen. Prüfabläufe werden so auf die Mikroskope verteilt, dass eine möglichst gleichzeitige Nutzung aller Systeme möglich wird.“ Das spart Zeit und führt zu optimal auf die Inspektionsaufgabe abgestimmten Ergebnissen.

Modularer Aufbau

Das MicroLab verwendet bewusst Standardkomponenten aus der Automatisierungstechnik. So kann das MikroLab als Gesamtsystem zur Inspektion, Analyse und Qualitätssicherung für eine Vielzahl von Objekten und Oberflächen eingesetzt werden. Durch die verfügbaren Mikroskope ist gewährleistet, dass eine große Bandbreite von Aufgabenstellungen gelöst werden kann. Der kombinierte Einsatz mehrerer Mikroskope eröffnet neue Potenziale auch in Anwendungen, bei denen einzelne Mikroskope nicht ausreichend wären. Eine Integration von ausgewählten Komponenten des MicroLab in bereits bestehende Systeme ließe sich durch den modularen Aufbau einfach realisieren.

Ein weiterer Vorteil: im MicroLab kann ein Kunde aus der Industrie zunächst ausprobieren, welche Mikroskope sich für seine Aufgabenstellung am besten eignen und wie er diese in seine bestehende Anlage integrieren kann.

Die langjährige Erfahrung des IOSB im Themenumfeld Bildverarbeitung kommt auch im MicroLab zum Tragen. Etablierte Verfahren aus den Bereichen Bildfusion oder photometrisches Stereo wurden in die mikroskopische Dimension übertragen.

Die Adaption solcher bewährter Verfahren trägt einen wesentlichen Teil dazu bei, modulare und industrietaugliche mikroskopische Inspektionssysteme erfolgreich in die Anwendung zu überführen.

Auf der CeBIT 2014 wird ein Ausschnitt des MicroLab erstmalig der Öffentlichkeit vorgestellt. Es ist zu sehen in Halle 9 auf dem Stand der Fraunhofer-Gesellschaft.