Kalibrierung asphärischer Optiken erleichtert
Patentierter Multi-Radien-Prüfkörper als Asphärennormale verfügbar.
Optiken, deren Form deutlich von der Kugelform abweicht – Asphären oder Freiformflächen – sind wesentliche Komponenten vieler moderner Abbildungssysteme. Ihre rückführbare Vermessung mit Unsicherheiten im Bereich einiger zehn Nanometer stellt – anders als bei sphärischen Optiken – eine große Herausforderung dar. Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt PTB hat im Rahmen internationaler Projekte mehrere Asphärennormale entwickelt, die die Kalibrierung von Asphären- und Freiformflächenmessgeräten deutlich verbessern. Für ihre Herstellung wurde ein Lizenznehmer gefunden, der demnächst das erste Normal, einen patentierten Multi-Radien-Prüfkörper, auf den Markt bringt. Es ist ein Beispiel für einen gelungenen Technologietransfer metrologischer Entwicklungen aus der PTB in die Industrie.
Zur Vermessung von Asphären und Freiformflächen werden heutzutage taktile Messverfahren wie etwa Mikro-Koordinatenmessgeräte (µCMM) sowie optische Messverfahren eingesetzt. Die neuen Asphärennormale weisen Formeigenschaften auf, die sich mit etablierter Messtechnik rückgeführt messen lassen. Die Entwicklung ist das Ergebnis zweier Forschungsprojekte, die durch die europäische Vereinigung nationaler Metrologieinstitute (EURAMET) gefördert wurden.
Für den Technologietransfer zur Fertigung der Asphärennormale konnte ein führendes Industrieunternehmen des Bereichs gewonnen werden, das seit mehr als 25 Jahren auf dem Gebiet der Ultrapräzisionstechnik tätig ist und unter anderem Metalloptiken herstellt. Das Unternehmen sieht im wachsenden Markt der Asphären- und Freiformmessgeräte ein großes Potenzial und hat das patentgeschützte Herstellungsverfahren und Design der Referenzflächen lizenziert, um die Asphärennormale künftig zu vertreiben. Die gefertigten Asphärennormale werden abschließend in der PTB bezüglich ihrer Sphärizität und Radien kalibriert.
Das erste dieser Normale, ein patentierter Multi-Radien-Prüfkörper, ist voraussichtlich ab Frühjahr 2022 kommerziell erhältlich. Bei ihm sind Kugelsegmente verschiedener Radien kombiniert. Die Radien der einzelnen Kugelabschnitte und die geringen, aber unvermeidlichen Abweichungen von der perfekten Kugelform (Sphärizität) können beispielsweise mit Fizeau-Interferometern rückgeführt gemessen werden. Die so bestimmten Formeigenschaften dienen dann als Referenz für Messgeräte zur Untersuchung nichtsphärischer optischer Flächen.
Derartige Asphärennormale stellen ein hervorragendes Werkzeug zur Charakterisierung von Asphären- und Freiformflächenmessgeräten dar und sind für Prüflaboratorien entlang der Rückführungskette und zur Qualitätssicherung in der Industrie prädestiniert. Zur Verbesserung der In-House-Messtechnik können die Prüfkörper jedem optischen oder taktilen Messgerät beigestellt werden. Die Asphärennormale leisten damit einen wichtigen Beitrag bei der Verbesserung der Messtechnik und erhöhen so bei Herstellern und Endkunden das Vertrauen in die Messrichtigkeit.
PTB / JOL
