03.03.2022

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. 

Abb.: Das erste marktreife Normal: ein Multi-Radien-Prüfkörper in einer...
Abb.: Das erste marktreife Normal: ein Multi-Radien-Prüfkörper in einer überhöhten Darstellung. (Bild: PTB)

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

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