Ultrapräzises Messsystem für optische Oberflächen

Das Fraunhofer- IPT (Institut für Produktionstechnologie), Aachen, (DE), hat ein Prüfsystem entwickelt, mit dem sich Formeinsätze zur Fertigung optischer Linsen >inline< direkt in der Maschine prüfen lassen. Die Messwerte können nach einem Soll-Ist-Vergleich in den Prozess zurückgeführt und die optischen Oberflächen bei Bedarf automatisch nachbearbeitet werden. Die automatisierte Formprüfinterferometrie liefert den Schlüssel für diesen Prozess. Bei der Formprüfinterferometrie werden 2 Wellenfronten zur Interferenz gebracht, eine von der Prüfoberfläche und eine von einer Referenzoberfläche. Die Weglängen, die die Strahlen der Prüfoberfläche zurücklegen müssen, sind bei einer nicht planen Oberfläche unterschiedlich. Es entsteht ein Interferenzmuster, das Aufschluss über die Topographie des Prüflings gibt. Mit Hilfe von Bildverarbeitungsalgorithmen lassen sich Formabweichungen im Nanometerbereich erfassen und - über entsprechende Softwareprogramme - exakt auswerten. Bei der Grobjustierung geht es darum, dass die Reflexion von der Prüffläche auf den Sensor der CCD- Kamera trifft. Bei der anschließenden Feinjustierung wird ein definiertes Interferenzmuster eingestellt. Die automatisierte Feinjustierung basiert auf einer FFT (Fast Fourier Transformation) des Interferenzmusters. Die Justierstrategie ist abgestimmt mit einem eigens am Fraunhofer IPT entwickelten Auswerteverfahren, das die Topographiemessung mit einer einzigen Aufnahme des Interferenzmusters vornimmt. Um sowohl plane als auch sphärische und asphärische Prüflinge optimal erfassen zu können, sind bei der Positionierung des Interferometers 5 Freiheitsgrade erforderlich. Mit einem parallelkinematischen Positioniersystem von Physik Instrumente (PI), Karlsruhe/Palmbach, (DE), fand man eine überzeugende Lösung. Der Hexapod M-840 bietet die Möglichkeit, die Plattform in z-Richtung um +/-25 mm und in x- und y-Richtung jeweils um +/-50 mm zu bewegen. Der über Softwarefunktionen frei definierbare Drehpunkt bleibt unabhängig von der Bewegung erhalten. Sowohl bei der Grob- als auch bei der Feinjustage lässt sich der Drehpunkt des im Innern des Hexapoden platzierten Interferometers gegenüber der zu prüfenden Oberfläche verschieben. In Richtung der x- und y-Achse beträgt die Genauigkeit 3 Mikrometer und in Richtung der z-Achse 1 Mikrometer und das bei einer Reproduzierbarkeit von ebenfalls 3 Mikrometer bzw. 1 Mikrometer. Die kleinste Schrittweite bei der Rotationsbewegung beträgt 0,017 Grad.