Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »MicroAdapt«
Komplex geformte Mikrooptikkomponenten finden eine breite Anwendung in vielen Industriezweigen. Bekannte Beispiele dafür sind sowohl Objektive für Miniaturkameras, z. B. in Mobiltelefonen, als auch Komponenten zur LED-Strahlformung und der optischen Speichertechnik sowie Koppelelemente der Faseroptik. Doch trotz des zunehmenden Bedarfs an diesen Optiken stellt die Herstellung dieser Bauteile nach wie vor eine große Herausforderung dar. So führen bei allen konventionellen Fertigungsverfahren Prozessinstabilitäten dazu, dass die Fertigung dieser Optikbauteile und gerade auch der Formen zur Replikation dieser Bauteile iterativ durchgeführt werden muss und damit zeit- und kostenintensiv ist. Hinzu kommt, dass die Messung stark asphärischer Formen technisch sehr anspruchsvoll ist und immer mit Einschränkungen hinsichtlich der messbaren Geometrien verbunden ist.
Ziel
Das Ziel des Projekts »MicroAdapt« war die Entwicklung einer adaptiven Bearbeitungszelle für miniaturisierte, komplexe Optikbauteile mit einer maschinenintegrierten Asphären-Messtechnik. Neben der Messtechnik zur Formprüfung war ein weiteres wesentliches Element der adaptiven Bearbeitung ein CAM Modul zur Korrekturbearbeitung der Form. Die maschinenintegrierte Asphären-Messtechnik besteht aus einem neuartigen, punktuell messenden deflektometrischen Sensor, der von den Bearbeitungsachsen einer Fertigungsmaschine über den Prüfling geführt wird. Die Sensordaten werden über die Achspositionen der Fertigungsmaschine referenziert, sodass die Prüflingstopografie berechnet werden kann. Der Sensor kann sehr starke Abweichungen von der Sollgeometrie erfassen und eignet sich deshalb gerade auch zur Messung starker Asphären und Freiformflächen. Anschließend erfolgen ein Soll-Ist-Vergleich und die Berechnung einer korrigierten Fertigungsbahn, mit der der Formfehler minimiert wird. Die automatisierte Messung und Korrekturbearbeitung in der Fertigungsmaschine verspricht deutlich verkürzte Fertigungszeiten, da der Einrichtevorgang vermieden wird, der derzeit bei jeder Iteration anfällt. Gleichzeitig ist auch eine höhere Genauigkeit möglich, da bei diesem Vorgehen keine Umspannfehler auftreten können.
Zusammenarbeit
Die adaptive Korrekturbearbeitung verlangte das Zusammenspiel der Komponenten Maschine/Maschinensteuerung mit dem Sensor und als übergeordnete Instanz mit dem CAD/CAM Modul. Aus diesem Grund besttand das Konsortium aus einem Messtechnikhersteller, zwei Maschinenherstellern, einem CAD/CAM Programmierer und einem Forschungsinstitut. Im Rahmen der Arbeitsplanung bearbeitete der Messtechnikhersteller dabei die Entwicklung eines deflektometrischen Messsystems für die besonderen Anforderungen der maschinenintegrierten Messung. Die Maschinenhersteller passten die Fertigungsmaschinen und die Maschinensteuerung an und schafften die erforderlichen Schnittstellen. Der CAD/CAM Programmierer entwickelte ein CAM Modul zur Messdatenerfassung und zur adaptiven Bearbeitung und widmete sich dabei den besonderen Anforderungen der Messdatenaufnahme und der Korrekturbearbeitung mit den in der Optikproduktion geforderten hohen Genauigkeiten. Das Forschungsinstitut befasste sich mit der Modellbildung, der Integration der Einzelkomponenten und den Mess- und Kalibrierstrategien.
Projektträger
Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Projektträger Forschungszentrum Karlsruhe Bereich Produktion und Fertigungstechnologien (PTKA-PFT)
Dr. A. Lucumi Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen
Projektkoordination
TRIOPTICS GmbH Optische Instrumente
Dr. S. Krey
Hafenstrasse 35-39
22880 Wedel
Projektpartner
LT Ultra-Precision Technology GmbH
Hr. R. Widemann
Afterholderberg, Wiesenstr. 9
88634 Herdwangen-Schönach
Satisloh GmbH
Hr. S. Gold
Wilhelm-Loh-Str. 2 - 4
35578 Wetzlar
ModuleWorks GmbH
Dr. M. Stautner
Ritterstr. 12 a
52072 Aachen
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
Dr. S. Bichmann
Steinbachstr. 17
52074 Aachen
Förderhinweis
Das Verbundprojekt »MicroAdapt« leistete im Förderprogramm »Forschung für die Produktion von morgen« einen Beitrag zum Forschungsschwerpunkt »Fertigung mikrooptischer Bauteile und Systeme« des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). Das Projekt wurde vom Projektträger Forschungszentrum Karlsruhe, Bereich Produktion und Fertigungstechnologien (PTKA-PFT), betreut.
