Modellierung von zeitabhängigen Abtragsfunktionen für das abrasive Subapertur-Polieren

• Antragsteller: Dr.-Ing. Oltmann Riemer
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 387743003

Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung zeitvarianter Abtragsfunktionen für das abrasive Subapertur-Polieren von Optik- und Präzisionskomponenten. Hiermit soll eine gezielte Formkorrektur mit minimalen Materialabträgen ermöglicht und so die erreichbare Fertigungsgenauigkeit und Prozesssicherheit gesteigert werden. Bisherige Ansätze konzentrieren sich vor allem auf zeitkonstante Abtragsfunktionen auf Grundlage des Preston-Ansatzes. Dabei wird der Materialabtrag durch die Relativgeschwindigkeit des Polierwerkzeugs gesteuert. Diese verweilzeitgesteuerten Abtragsfunktionen ermöglichen zwar eine Prozesszeitersparnis von bis zu 35%, haben allerdings den Nachteil eines sogenannten Grundabtrags. Um kein Material abzutragen, müsste das Polierwerkzeug theoretisch unendlich schnell über das Werkstück bewegt werden. Mit einer zeitvarianten Abtragsfunktion wird es möglich, diesen Grundabtrag zu minimieren oder sogar zu vermeiden, indem der Kontakt zwischen Werkzeug und Werkstück durch Variation des Polierdrucks oder der Zustellung verringert oder sogar unterbrochen wird. Dies führt wiederum zu einer Reduktion der Prozesszeit. Für die Entwicklung einer solchen Abtragsfunktion ist die Modellierung eines neuartigen Polieralgorithmus notwendig. Dazu muss der Materialabtrag zunächst abhängig von signifikanten Prozessparametern wie Druck, Zustellung und Relativgeschwindigkeit quantifiziert werden. Anhand dieser experimentellen Ergebnisse sollen dann konkrete Abtragsfunktionen abgeleitet werden, die anschließend durch die Modellierung nachgewiesen werden. Das zugrunde liegende Modell basiert ebenfalls auf dem Preston-Ansatz, wird jedoch um zeitlich variable Terme erweitert und so eine zeitvariante Abtragsfunktion erzeugt. Das Vorhaben fokussiert sich vor allem auf die modellhafte Beschreibung des variablen Polierdrucks sowie die variable Relativgeschwindigkeit. Auch der Verschleiß des Polierwerkzeugs soll in das Modell integriert werden, da auch dieser eine zeitliche Veränderung der Abtragsfunktion darstellt. Ein Teil der Modellierung wird darin bestehen, die Abweichung zwischen gewünschtem und tatsächlichem Materialabtrag, also der Abweichung zwischen Soll- und Ist-Oberfläche, zu minimieren. Es handelt sich dabei um eine Optimierungsaufgabe, bei der die optimale Parameterkonstellation für den Einzelfall berechnet wird. Aufgrund der kurzen Rechenzeiten wird dabei mit einem zweidimensionalen Modell begonnen, bevor ein wesentlich komplexeres, praxistaugliches dreidimensionales Modell aufgestellt wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen