Optische Oberflächenerfassung mit räumlich und zeitlich partiell kohärenten Lichtwellenfeldern (OPaL 2)

• Antragsteller: Professor Dr. Ralf Bernhard Bergmann; Dr.-Ing. Gerd Ehret
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258565427

Die flächenhaft optische Formerfassung von Freiformoptiken ist eine wesentliche Voraussetzung zur Qualitätssicherung in der optischen Industrie. Die kostengünstige und präzise Messung von Asphären stellt nach wie vor eine ungelöste Herausforderung dar. Im Rahmen der ersten Förderphase wurden daher die Möglichkeiten und Grenzen der Scher-Interferometrie in Bezug auf die Erfassung von Freiformflächen untersucht. Der große Vorteil der Scher-Interferometrie liegt darin, dass sie die gleichzeitige Verwendung mehrerer unabhängiger Lichtquellen erlaubt. Dies führt dazu, dass trotz eines eingeschränkten Akzeptanzwinkels der Abbildungsoptik (bei entsprechender Verteilung der Lichtquellen) auch große Prüflinge mit steilen Flanken vollständig erfasst werden können. Auf diese Weise kombiniert der Ansatz über die Scher-Interferometrie die große Beleuchtungsapertur geometrisch-optischer Verfahren, wie der Deflektometrie, mit der hohen Präzision von interferometrischen Methoden.Ein wichtiges Ergebnis der ersten Förderphase ist ein vollkommen neuer Ansatz zur Freiformmessung auf Basis der wechselseitigen Kohärenzfunktion, die Multi Aperture Shear Interferometry (MArS). Alle Experimente, die zum Nachweis der physikalisch-technischen Grundlage von MArS dienten ließen sich auf Basis von Messungen in Durchlichtkonfiguration durchführen. Für die industrielle Anwendung ist eine Messung in Reflexionsrichtung jedoch unerlässlich. Während der Forschungsarbeiten zu MArS hat sich herausgestellt, dass eine Messung in Reflexion deutlich herausfordernder ist als zunächst angenommen. Insbesondere muss ein Teil der Beleuchtung aus Richtung der Apertur des Interferometers geschehen, was eine Positionierung der Lichtquelle im Abbildungsstrahlengang zur Folge hätte. Zusätzlich lassen sich die für die Auswertung notwendigen Positionen der Quellen nicht aus einer Kalibriermessung ohne Objekt bestimmen und schließlich entstehen bei Prüflingen aus Glas stets Mehrfachreflexe, die den Auswerteprozess stören. Die Gesamtheit der wissenschaftlichen und technischen Probleme ließ die Entwicklung eines in Reflexionsrichtung messenden Messsystems im Rahmen der ersten Förderphase unrealistisch erscheinen. Das Ziel der zweiten Förderphase ist es daher, das im ersten Förderzeitraum entwickelte Messverfahren MArS für die Messung in Reflexionsrichtung anzupassen, indem die oben genannten Probleme gelöst werden. Die bisherige Ergebnislage deutet darauf hin, dass MArS das Potential zu einem Paradigmenwechsel im Bereich der Asphärenmetrologie besitzt. Dieses Potential soll nun im Rahmen der zweiten Projektphase gehoben werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen