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Ultrapräzisionsdrehmaschine zur direkten Herstellung von optischen Freiformflächen im Bereich der medizinischen und technischen Optiken

Abschlussbericht zum InnoNet-Verbundvorhaben, Vorhabensbezeichnung: UltraOptik. Laufzeit des Vorhabens: 1. März 2004 bis 31. August 2007. Förderkennzeichen BMWi 16IN0188 - 16IN0189
 
: Brecher, C.; Merz, M.; Walter, P.; Kirschkamp, T.

:
Volltext (PDF; )

Aachen: Fraunhofer IPT, 2008, 59 S.
Deutsch
Bericht, Elektronische Publikation
Fraunhofer IPT ()

Abstract
Das Projekt UltraOptik befasste sich mit der Realisierung einer kompakten Drehmaschine mit einer hochdynamischen Achse für die Fertigung nicht rotationssymmetrischer Bauteile und Freiformgeometrien. Die Forderung nach Oberflächenrauheiten im einstelligen Nanometerbereich für medizinische und technische Optiken stellt höchste Ansprüche sowohl an die Genauigkeit der Maschine als auch an die Präzision der Datenverarbeitung. Für die Bearbeitung optischer Bauteile werden bei dem entwickelten Prototypen Diamantwerkzeuge eingesetzt, mit denen Oberflächenrauheiten im Bereich optischer Qualität realisierbar sind. Das Projekt war unterteilt in mehrere Arbeitspakete. Auf der einen Seite stand die Konstruktion der mechanischen Komponenten der Maschine, allen voran der hochdynamischen Achse und der Werkstückspindel im Fokus. Andererseits sollte eine schnelle Anbindung der hochdynamischen Achse an die Maschinensteuerung gewährleistet werden. Dazu wurde auf Antriebsseite ein an diese Achse angepasster Servo-Umrichter entwickelt. Die Benutzeroberfläche der Maschinensteuerung wurde um Module für die Verarbeitung von Freiformflächen und die Konfiguration der neuartigen Maschinenkomponenten erweitert. Mit der Ultrapräzisionsdrehmaschine dieses Projektes lassen sich präzise Freiformflächen mit unregelmäßigen Geometrien erzeugen. So können Patienten in der Augenheilkunde mit individuell an den jeweiligen Patienten angepassten optischen Systemen und Phantomkörpern versorgt werden. Weitere Ergebnisse/Erfahrungen: Phantomkörper zur Operationssimulation können inzwischen auch aus PMMA hergestellt werden, aufwendige Fertigungen in Gelatine sind hierbei dann entbehrlich. Die Darstellung der menschlichen Hornhautgeometrie in Form örtlich hoch aufgelöster Höhendaten stellt das geeignetste Datenformat für die Anfertigung individuell an den Patienten angepasster optischer Systeme dar.

 

The project UltraOptik dealt with the realisation of a compact turning machine with a highly dynamic axis for the manufacturing of non-rotationally symmetric components and free-form geometries. The requirement for surface roughness in the single-digit nanometre range for medical and technical optics demands a great deal of the machine's mechanical precision and the precision of the data processing. The process applied with the prototype, able to manufacture work pieces in optical quality, bases on diamond cutting tools. With these tools surface roughness with optical quality can be achieved. The project was divided into several work packages, with the main focus of integrating a highly dynamic axis (Fast Tool Servo System) into the machine in terms of mechanics and in terms of control. Important points in the mechanical domain include the design of the rotational work piece axis and the highly dynamic axis which are oriented opposite to each other on the machine base. The highly dynamic axis needed to be connected to the machine control environment with minimal latency. This was achieved by designing a customised servo amplifier for the highly dynamic axis. The machine control was expanded by modules for the processing of free-form geometries and the configuration of the novel machine components. With the ultra-precision turning machine individual precise free-form geometries can be manufactured. In the medical domain, patient of ophthalmology can be provided with customised optical systems. Further, phantom bodies of the human eye, machined with measured free-form geometries, enable the simulation of medical operations. These phantom bodies can be machined of PMMA for the simulation of laser eye surgery. The human cornea can be modelled with highly resolved altitude values. This data format can easily be processed with the implemented free-form geometry manipulation modules.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-96945.html