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Erkennung und Beseitigung von Zentrierfehlern sowie Mess- und
Softwareintegration
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF
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Das Vorhaben zielt auf das Aufbauen und das Erproben geeigneter Messtechnik, die empfindlich genug ist, um Zentrierfehler rotierender Linsen im sub-Mikrometerbereich zu erkennen. Dazu sollen die Grundlagen einer quantitativen und qualitativen Zentrierfehlermessung erarbeitet werden.
Darüber hinaus sind grundlegende Untersuchungen zu den Justierfutterprinzipien (Verstelleinrichtungen für Fassungsoptik mit Freiheitsgrad FG=2) geplant. Im Ergebnis dieser Arbeiten soll das konstruktive Design der zum Einsatz kommenden Justierfutteraufbauten entstehen.
Außerdem sind Algorithmen und Software zur Zentrierfehlerauswertung und intelligenten Ansteuerung der Stoßmagneten zu entwickeln und zu implementieren. Die Zentriersoftware soll in der Lage sein, die verschiedenen Linsentypen mit den angestrebten Genauigkeiten bezüglich der optischen Achse (Rotationsachse) auszurichten. Ein weiteres und umfangreiches Teilziel ist das Erstellen eines übergeordneten Steuerkonzepts, das alle unabhängig agierenden Softwaremodule einbinden soll. Dazu sind die Schnittstellen der einzelnen Module zu definieren und zu realisieren. Die Gesamtsteuersoftware soll einen automatischen Ablauf aller Mess- und Fertigungsroutinen für die Präzisionsoptik ermöglichen. Bearbeiter: Dr.-Ing. Stefan Risse, Dr. Ramona Eberhardt |
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Reflexbildgerät für Makrooptiken
Jenoptik L.O.S. GmbH
| Die mit hoher Präzision gefertigten Linsen werden heute typischerweise mittels eines optischen Ausrichtverfahrens in die mechanische Fassung gefügt. Bei diesem Verfahren ist die erreichbare Genauigkeit durch die Präzision der Drehmaschine und der zugehörigen Justier- und Messtechnik limitiert. Die hierbei typischerweise erreichbaren Genauigkeiten liegen bei Dieses Verfahren reicht für künftige Objektivgenerationen, speziell Projektionssysteme zur Mikromaterialbearbeitung für Wellenlängen < 250 nm, nicht mehr aus. Eine wesentliche Zielstellung der JENOPTIK Laser, Optik, Systeme GmbH ist die Mitwirkung an der Realisierung des Reflexbildgerätes. Mit Hilfe des Reflexbildgerätes werden die Krümmungsmittelpunktsablagen der einzelnen Linsenflächen bestimmt. Von dieser Einrichtung hängt somit in entscheidendem Maße ab, welche Zentriergenauigkeiten im Richtprozess überhaupt erreicht werden können. Deshalb legt JENOPTIK Laser, Optik, Systeme GmbH besonderen Wert auf diese Schlüsselkomponente der Justierdrehmaschine. Die Untersuchungen zur Reflexbildmessung sollen u.a. für diejenigen Linsen(gruppen) ausgelegt werden, die in Objektiven zur Mikromaterialbearbeitung eingesetzt werden. Weiterer Schwerpunkt der Untersuchungen von JENOPTIK Laser, Optik, Systeme GmbH sind sogenannte spannungsarme Halterungen für Optik-Großteile. Das Potenzial einer hochpräzisen Justierdrehmaschine kann nur voll genutzt werden, wenn die Schnittstelle zwischen Maschine und Werkstück – die Justierdrehaufnahme – die Anforderungen hinsichtlich Lagestabilität und Spannungsfreiheit erfüllt. Es sollen an dieser Stelle grundsätzliche Erkenntnisse zur Gestaltung von Justierdrehaufnahmen gewonnen werden. Bearbeiter: Ullrich Krüger |
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Algorithmenentwicklung zur Scheitelhöhenantastung
Leica Microsystems GmbH
| Ein von Leica realisiertes 150x/0.9 Deep-UV-AT Objektiv besteht insgesamt aus 17 Kalziumfluorid und Quarzglaslinsen. Um ein Höchstmaß an optischer Abbildungsqualität zu garantieren, ist es zwingend notwendig, dass die einzelnen Untergruppen einen möglichst geringen Zentrierfehler aufweisen. Ziel des FERMI-Projekts ist die Entwicklung eines Fertigungstools zur Produktion von Untergruppen mit höchster Präzision um derartige Objektive wirtschaftlich darstellen zu können. Neben der Mitarbeit an den Konzepten zur Realisierung dieses Bearbeitungstools entwickelt Leica ein Reflexbildgerät, dass es ermöglicht mit der geforderten Messgenauigkeit die Zentrierfehler zu erkennen, insbesondere bei kleinen Linseradien (R=1..10 mm). Da zur automatisierten Ausrichtung der Linsen sowohl die Vorder- als auch die Rückseite vermessen werden muss, ist es notwendig zwei Reflexbildgeräte zu realisieren, von denen eines in die Bearbeitungsspindel integriert werden muss. Dies erfordert einen kompakten Aufbau in dem sowohl die Beleuchtung als auch der Abbildungsstrahlengang nebst Detektor, sowie eine CCD-Kamera zur Übersicht, untergebracht werden müssen.
Es soll eine interferometrische Lösung realisiert werden, mit der die Position des Linsenscheitels und die Position des Fassungsbundes im Bezugsystem der Bearbeitungsmaschine genau bestimmt wird. Durch die Integration des Messverfahrens in das Bearbeitungstool wird es ermöglicht die Position des Linsenscheitels zur mechanischen Fassung mit einer Genauigkeit besser 200 nm reproduzierbar zu erfassen, ohne die zu bearbeitenden Untergruppe mit einem externen Messgerät zu vermessen. Dadurch wird erreicht, dass beim nachfolgenden Bearbeitungsprozess die Maschinengenauigkeit voll ausgenutzt werden kann, ohne die durch erneutes Aufspannen des Werkstückes entstehenden Ungenauigkeiten in Kauf nehmen zu müssen. Bearbeiter: Dr. Thomas Sure |
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Durchmessermesstechnik und Reflexbildgerät für Telekommunikationsanwendungen
LINOS Photonics GmbH
| Die Anforderungen an die optische Performance von Komponenten für die Strahlformung und -führung in der Telekommunikation sowie auch zunehmend an miniaturisierte optische Systeme z.B. in der Bildverarbeitung steigen. Sich ergebende Spezifikationen insbesondere hinsichtlich der Zentriergenauigkeit im µm-Bereich der optischen Subkomponenten sind zunehmend schwieriger wirtschaftlich und technologisch zu erreichen. Eine automatisierte hochpräzise Fertigungstechnologie ist für die Ausrichtung und Bearbeitung derartiger subgefasster Komponenten erforderlich.
Hierzu hat LINOS im Rahmen des FERMI- Projektes die Aufgabe übernommen, ein Reflexbildgerät zu entwickeln, das in der Lage ist, bei einer Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen und damit unterschiedlicher Spektral-, Radien- und Durchmesserbereiche Zentriermessungen an subgefassten Elementen mit der geforderten hohen Genauigkeit zu ermöglichen. Die Notwendigkeit einer automatischen Ausrichtung sowie auch die speziellen im sichtbaren Licht nahezu undurchlässigen Coatings optischer Telekom-Komponenten erfordern eine parallele Verarbeitung der Reflexbilder beider Seiten der jeweiligen Optik. Dies erfordert den Einsatz zweier Reflexbildgeräte, von denen eines in die Maschinenspindel der Zentrierdrehmaschine integriert werden muss, was starke Restriktionen hinsichtlich seiner mechanischen Abmessungen bedingt. Es soll für beide Reflexbildgeräte ein einheitliches Konzept gefunden werden, das einen lückenlosen Radienbereich abdeckt. Für die exakte Bearbeitung der subgefassten Komponente ist die hochgenaue Messung ihres Außendurchmessers zwingend erforderlich. Bei der Wahl eines geeigneten Verfahrens zur Durchmesserbestimmung müssen die unterschiedlichen Anforderungen der einzelnen Projektpartner hinsichtlich der benötigten Genauigkeit und des erforderlichen Messbereiches berücksichtigt werden. Ferner muss sich das zu wählende Messverfahren in den gesamten Mess- und Bearbeitungsprozess integrieren lassen. Hierzu sind im Rahmen des Projektes Untersuchungen klassischer und moderner Messtechniken auf ihre prinzipielle Methode, ihre mögliche Genauigkeit und die gerätetechnische Realisierung notwendig. Nach der Festlegung des eigentlichen Messverfahrens und der möglichen Integrationsweise in das Gesamtmaschinenkonzept muss die erreichbare Messgenauigkeit des Gesamtsystems mit seiner gesamten Messkette bzw. Messwertübertragung bei der Durchmesserbestimmung untersucht werden. Da es sich bei dem zu entwickelnden Justierdrehverfahren um eine Alternative zu klassischen Fassungsarten von Objektiven handelt, sind spezielle Konstruktionsgrundsätze bei der Erstellung einer Objektivkonstruktion erforderlich. Aufmasse der Subfassungen, die mechanischen Schnittstellen, zulässige Toleranzen der gefassten Optiken und Abstimmung von Toleranzfeldern zwischen Sub- und Hauptfassungen müssen entsprechend dem neuartigen Verfahren festgelegt werden. Hierzu werden im Rahmen des Projektes grundsätzliche Konstruktionsansätze ermittelt und erprobt. In diesem Zusammenhang werden verschiedene spannungsarme Halterungen der Subkomponenten entwickelt, um deren Genauigkeit während und nach dem Justierdrehvorgang zu gewährleisten. Bearbeiter: Ekkehard Brune, Thomas Thoeniss |
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Maschinenaufbau und Gesamtintegration der Komponenten
OptoTech GmbH
| Der stark modulare Aufbau des geplanten Testaufbaus, der sich einerseits aus der unterschiedlichen Bedürnisstruktur der beteiligten Unternehmen und den fachübergreifenden Kompetenzen des Konsortiums ergibt, macht eine spätere Integration zu einer die Verfahrenstechnik abbildenden Maschine nötig. Diese Aufgabenstellung wird im Rahmen des vorliegenden Projektes der Firma OptoTech übergeben deren Kompetenz aufbauend auf der langjährigen Erfahrung in der Überführung von Verfahrenskonzepten in Maschinenanlagen besteht. Zunächst gilt es jedoch einen Basisaufbau ausgehend von den Grundanforderungen und der Aufgabenstellung des Projektes zu entwickeln. Dieser Basisaufbau wird im wesentlichen aus einem den hohen Genauigkeitsanforderungen Rechnung tragenden massiven Grundkörper und einer Hochgenauigkeitsspindel bestehen. Die Gestaltung des oberen Aufbaus der Maschine muss dem eigentlichen Charakter der Anlage als integrativen System aus Messmaschine auf der einen und Werkzeugmaschine auf der anderen Seite gerecht werden. Der Schwerpunkt des Beitrages von OptoTech wird also in der konstruktiven Umsetzung dieses innovativen Konzeptes liegen. Dies betrifft sowohl die mechanische und elektrische Auslegung der Maschine als auch die Einrichtung einer Maschinensteuerung, welche die Kommunikation der einzelnen Module ermöglicht und den eigentlichen Fertigungsprozess lenkt. In Absprache mit den jeweiligen Projektpartnern müssen somit elektrische und mechanische Schnittstellen definiert werden und die Zusammenführung in ein komplettes System erfolgen. Grundsätzlich teilt sich das Gesamtarbeitspaket von OptoTech somit in die folgenden Teilbereiche auf: Maschinenbasis, Auslegung Hauptspindel und Antriebe
Supporte und Aufbau oberhalb Maschinenbasis
Gesamtaufbau, Integration der Komponenten
Anschließend erfolgt die Montage und die Durchführung elementarer maschinen- und verfahrenstechnischer Tests. |
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