Optische Messtechnik mit partiell kohärentem Licht - Teil III, Transferprojekt (OPAL-Transfer)

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, das 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. Damit soll der oben beschriebene Ansatz in einem praxisorientierten Umfeld getestet werden und im Rahmen einer beispielhaften Anwendung zu einem entsprechenden Messsystem weiterentwickelt werden. 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.

Die Erreichung des Projektzieles erfordert die Bestimmung der Grenzen der Anpassbarkeit der MArS-Messanordnung an relevante Anwendungsfälle. Wichtige praxisorientierte Leitlinien sind die Erfassung von möglichst verschiedenen Typen von Prüflingen, die Erreichung kurzer Messzeiten, eine gute Handhabbarkeit und Kostenaspekte. 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 erreicht werden und ein Einrichtprozess entwickelt werden, der mit möglichst wenig Referenzobjekten auskommt und eine Messung an möglichst unterschiedlichen Typen von Prüflingen ermöglicht. Der zu realisierende Kalibrierprozess soll unter Verwendung von Standardoptiken im Abbildungssystem eine Reduktion der Messunsicherheit auf unter 50 nm ermöglichen.

Ausgewählte Veröffentlichungen

A. F. Müller, B. Gutierrez-Canas Pazos, N. Mitura, G. Ehret, C. Falldorf, R. B. Bergmann: Calibrating multi-spot illumination for asphere metrology using shear-interferometry, Proc. of SPIE Photonics Asia 2024,
Nantong/China. Optical Metrology and Inspection for Industrial Applications XI 13241-22 (2024).

R. B. Bergmann, M. Kalms, C. Falldorf: Optical in-process measurement: Concepts for precise, fast and robust optical metrology for complex measurement situations, Applied Sciences 11 (22), 10533 (2021). DOI: https://doi.org/10.3390/app112210533

A. F. Müller, C. Falldorf, M. Lotzgeselle, G. Ehret, R. B. Bergmann: Multiple Aperture Shear-Interferometry (MArS): a solution to the aperture problem for the form measurement of aspheric surfaces, Optics Express 28 (23), 34677-34691 (2020). DOI: https://doi.org/10.1364/OE.408979

A. F. Müller, C. Falldorf, G. Ehret, R. B. Bergmann: Messen von asphärischen linsenformen mittels räumlicher Kohärenz. tm-Technisches Messen 86 (6), 325-334 (2019). DOI: https://doi.org/10.1515/teme-2019-0025  

Laufzeit:

01.07.2021 – 31.05.2025

Förderkennzeichen:

BE 1924/63-1, 460789164

Fördermittelgeber:

DFG Deutsche Forschungsgemeinschaft