Prüfobjekte:

Neuartige Quarzglas- und Diamantoptiken mit komplexen Geometrien wie Asphären und Array-Strukturen, im Präzisionsblankpressverfahren hergestellt

Relevante Parameter:

Form und Rauheit

Messtechnische Herausforderung:

Schnelle, berührungslose Messung in sehr engen Bauräumen (kleine, dicht gesetzte Arrays, konkav geformte Prüfstücke, komplexe Freiformflächen), Toleranzen im Sub-µ-Bereich

Lösung:

Faseroptisches Präzisionsmesssystem mit hochgenauer Sensorik und speziell konfektionierter Miniaturmesssonde (Ø 1,4 mm)

Zur Verbesserung von Strahlführungssystemen entwickelt die Aixtooling GmbH neuartige Quarzglas- und Diamantoptiken mit komplexen Geometrien wie Asphären und Array-Strukturen im Präzisionsblankpressverfahren. Dabei kann es aufgrund der hohen Drücke und Temperaturen bei der Fertigung zu Mikrorissen und Adhäsionen kommen, die die Qualität der Linsen beeinträchtigen. Deshalb ist eine fortlaufende metrologische Qualitätskontrolle notwendig.

Relevante Parameter für Funktion und Leistungsfähigkeit der optischen Komponenten sind Form und Rauheit. Tolerierbare Abweichungen bewegen sich im Sub-Mikrometerbereich. Gefragt war ein schneller, fertigungsnaher und vor allem berührungsloser Prüfvorgang. Taktile Messgeräte kommen daher für die Prüfung der Optiken nur begrenzt infrage. Die Grenze optischer Messsysteme wiederum ist durch die Bauform und –größe der verwendeten Messapparatur gegeben. Bei den kleinen, dicht gesetzten Arrays, konkav geformten Prüfstücken und komplexen Freiformflächen stoßen Standardmessköpfe schnell an benachbarte Bauteilflanken an.

Die Messlösung von fionec umfasst ein faseroptisches Distanzmesssystem mit speziell angepasster Miniaturmesssonde mit einem Durchmesser von 1,4 mm. Die Verbindung zwischen Sonde und Auswerteeinheit ist in ihrer Länge nahezu variabel. Als Messprinzip wird die kurzkohärente Interferometrie genutzt. Dadurch erzielt das System absolute Abstandswerte mit Genauigkeiten von wenigen Nanometern. Die vergleichsweise große numerische Apertur der Messsonden ermöglicht die Erfassung von Flankenwinkeln bis 10° ohne Einschränkungen bei der Signalqualität. Größere Flankenwinkel können durch Anstellen der Sonde gemessen werden.

Integriert wird die Sensorik in eine mehrachsige, präzisionsgeführte Kinematikeinheit, deren Entwicklung beim Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) liegt. In Kombination mit der Kinematik werden die optischen Bauteile über frei programmierbare Scanbahnen mit individuell definierbarer Punktedichte vollflächig abgescannt. Über die mitgelieferte Software ist ein übersichtlicher Soll-Ist-Vergleich möglich. Der Auswertung aller Rauheitskennwerte (R- oder S-Parameter) liegen die einschlägigen Normen zur Rauheitsauswertung zugrunde.

Das integrierte faseroptische Messsystem bietet eine zuverlässige und vor allem berührungslose Alternative zur taktilen Messung komplexer Optiken. Erstmals wird es mit der neuen Technologie möglich sein, optische Freiformflächen durch individuell programmierbare Scanbahnen in kurzen Prüfzeiten vollflächig abzutasten und Formabweichungen und Rauheitsparameter präzise und zerstörungsfrei auszuwerten.

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