Scannendes Verfahren zur flexiblen Messung asphärischer Optiken

Riedel, Jörn; Schmitt, Robert H.; Loosen, Peter

doi:42660

Scannendes Verfahren zur flexiblen Messung asphärischer Optiken = Scanning method for flexible measurement of aspherical optics

Riedel, Jörn^RWTH*

2023 & 2024

VerantwortlichkeitsangabeJörn Riedel

Ausgabe1. Auflage

ImpressumAachen : Apprimus Verlag 2023

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

ISBN978-3-98555-177-4

ReiheErgebnisse aus der Produktionstechnik ; 2023,28

Dissertation, RWTH Aachen University, 2023

Druckausgabe: 2023. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2024

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Schmitt, Robert H. (Thesis advisor)^RWTH* ; Loosen, Peter (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2023-08-15

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2023-10128
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/972373/files/972373.pdf

Einrichtungen

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Aufbau zur flexiblen Vermessung asphärischer Optiken untersucht. Asphärische Optiken stellen aufgrund Ihrer überragenden optischen Eigenschaften eine Zukunftstechnologie dar, für die aktuell keine günstigen und flexiblen Prüfverfahren zur Verfügung stehen. Nach der Erarbeitung der Grundlagen und des Bezugsrahmens werden die Anforderungen an ein neues Messverfahren abgeleitet und das Konzept des neuen Messverfahrens vorgestellt. Das entwickelte Messsystem nutzt einen ellipsoiden Spiegel, für welchen numerische Untersuchungen zur Auslegung durchgeführt werden und anschließend eine umfassende Beschreibung des optischen Strahlengangs zusammen mit einer Simulation des Messvorgangs erarbeitet wird. Im Zentrum der Arbeit stehen die Methode für Kalibrierung unter Berücksichtigung der vielen Freiheitsgrade des Systems sowie die Erarbeitung einer Strategie für eine Messung und die Auswertung der Daten. Dabei werden alle Komponenten sowie deren Rauschverhalten charakterisiert, untersucht und im numerischen Modell abgebildet. Im Rahmen der Ergebnisse werden diese Fehlereinflüsse, welche in die Messung eingetragen werden, entsprechend Ihrer Ursache und Ihrem Einfluss auf das Gesamtergebnis bewertet. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass eine flexible Vermessung asphärischer Oberflächen mit scannenden Verfahren möglich ist, wenn auch mit geringerer Messauflösung als die Mehrzahl der aktuellen Systeme. Die Auflösung reicht für die sichere Erfassung der Geometrie und somit für den Einsatz im Fertigungsumfeld. Die gestellte Forschungsfrage nach der Erfassbarkeit optischer Oberflächen „Können Form und Welligkeit einer Asphäre mit einem scannenden, flexiblen System erfasst werden?“ kann bejaht werden. Die Anforderungen im Bereich Flexibilität, Preis, Geschwindigkeit und Unsicherheit werden erfüllt so dass eine Vermessung mit dem vorgestellten Verfahren möglich ist und Ergebnisse liefert, welche im Fertigungsprozess unterstützend zum Einsatz kommen können.

In this thesis a setup for flexible measurement of aspherical optics is investigated. Due to their outstanding optical properties, aspherical optics represent a future technology for which currently no inexpensive and flexible testing methods are available. After working out the basics and the reference frame, the requirements for a new measuring method are derived and the concept of the new measuring method is presented. The developed measuring system uses an ellipsoidal mirror for whose design numerical investigations are carried out and subsequently a comprehensive description of the optical beam path is worked out together with a simulation of the measuring process. The work focuses on the method for calibration, taking into account the many degrees of freedom of the system, as well as the development of a strategy for a measurement and the evaluation of the data. All components as well as their noise behaviour are characterized, examined and mapped in the numerical model. Within the results, the error influences, which are introduced into the measurement, are also evaluated according to their cause and their influence on the overall result. The results of this work show that a flexible measurement of aspherical surfaces with scanning methods is possible, although with a lower measurement resolution than the majority of current systems. The resolution is sufficient for the reliable acquisition of the geometry and thus for use in the production environment. The research question on the detectability of optical surfaces "Can the shape and waviness of an aspherical surface be measured with a scanning, flexible system?“ can be answered positively. The requirements in terms of flexibility, price, speed and uncertainty are met. A measurement is possible with the presented method and delivers results which can be used in the production process.

OpenAccess:
PDF
(zusätzliche Dateien)