Optische Oberflächenerfassung mit räumlich und zeitlich partiell kohärenten Lichtwellenfeldern, Erkenntnistransfer (OPaL:Transfer)

• Antragsteller: Professor Dr. Ralf Bernhard Bergmann; Dr.-Ing. Gerd Ehret
• Subject Area: Messsysteme
• Term: since 2021
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 460789164

Die flächenhaft optische Formerfassung von Freiformoptiken ist eine wesentliche Voraussetzung zur Qualitätssicherung in der optischen Industrie. Insbesondere die kostengünstige, präzise und zugleich flexible Messung von Asphären stellt nach wie vor eine ungelöste Herausforderung dar. Im Rahmen des von der DFG geförderten Forschungsvorhaben OPAL und dessen Fortsetzung OPAL II wurden auf der Scher-Interferometrie basierende Verfahren in Bezug auf die Erfassung von Freiformflächen untersucht. Hierzu wurde mit der Multiple Aperture Shear Interferometry (MArS) ein Verfahren entwickelt, welches die gleichzeitige Verwendung mehrerer unabhängiger Lichtquellen erlaubt. Dies ermöglicht es, trotz eines eingeschränkten Akzeptanzwinkels der Abbildungsoptik bei entsprechender Verteilung der Lichtquellen nicht nur sphärische, sondern auch asphärische Prüflinge mit verhältnismäßig großem Durchmesser vollständig zu erfassen. Auf diese Weise kombiniert der Ansatz die große Beleuchtungsapertur und Flexibilität geometrisch-optischer Verfahren wie der Deflektometrie, mit der hohen Präzision von interferometrischen Methoden. Messungen in Transmission und Reflexion zeigten das Potential von MArS.Der Ansatz soll nun Im Rahmen dieses Transferprojekte von den Partnern der OPAL-Vorgängerprojekte gemeinsam mit der Firma Mahr GmbH zu einem Prototyp weiterentwickelt werden. Das Gesamtziel des Projektes ist es, den oben beschriebenen Ansatz in einem praxisorientierten Umfeld zu testen, und im Rahmen einer beispielhaften Anwendung zu einem entsprechenden Messsystem weiterzuentwickeln. Für die Umsetzung in eine Anwendung ist vor allem interessant, welche Prüflingstypen sich messtechnisch erfassen lassen, wie weit die Messzeit verringert werden kann und wie aufwändig Einrichtprozess und Handhabung sind.Zur Erreichung des Projektzieles ist erforderlich, die Grenzen der Anpassbarkeit der MArS-Messanordnung an relevante Anwendungsfälle zu bestimmen. Wichtige praxisorientierte Leitlinien sind die Erfassung von möglichst verschiedenen Typen von Prüflingen, die Erreichung kurzer Messzeiten, eine gute Handhabbarkeit und Kostenaspekte. Daraus ergeben sich für das Projekt folgende Teilziele: Die Erfahrungen aus den vorhergehenden Projekten müssen genutzt werden, um Messanordnungen an relevante Anwendungsszenarien anzupassen und entsprechende Demonstratoren zu realisieren, wobei an asphärischen Prüflingen mit Durchmessern von bis zu 76 mm (3“) gemessen werden soll. Dazu muss ein effizienter Mess- und Auswerteprozess mit einer Messzeit von weniger als 5 Min und ein Einrichtprozess, der unter Verwendung möglichst weniger Referenzobjekte auskommt, eine Messung an möglichst unterschiedlichen Typen von Prüflingen gestatten. Der zu realisierende Kalibrierprozess soll unter Verwendung von Standardoptiken im Abbildungssystem eine Reduktion der Messunsicherheit auf unter 50 nm ermöglichen.

• DFG Programme: Sachbeihilfen (Transfer Project)
• Anwendungspartner: Mahr GmbH