Ein selbst-kalibrierendes interferometrisches Verfahren zur Vermessung von Asphären und Freiformflächen

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Osten
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 273678658

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines flexiblen selbst-kalibrierenden Prüfverfahrens für asphärische und freigeformte optische Oberflächen. Das Verfahren soll bestehende Limitierungen bezüglich Stabilität, Präzision und Geschwindigkeit überwinden. Ausgangspunkt ist die Tilted-Wave-Interferometrie. Mit diesem Verfahren können ohne Änderungen am Instrument eine große Klasse von Prüflingen vermessen werden. Insbesondere wird keine Rotationssymmetrie vorausgesetzt. Die Aufnahme der Messdaten erfolgt in weniger als 30 Sekunden. Von entscheidender Bedeutung ist die Kalibrierung des Systems. Diese beschreibt das System hinreichend genau, solange sich die Umgebungsbedingungen nur vernachlässigbar ändern. Ansonsten entstehen entweder Einbußen an der Präzision des Messergebnisses oder eine zeitaufwändige Neukalibrierung durch Vermessung eines Referenzobjekts in vielen verschiedenen Positionen wird erforderlich. Insbesondere im fertigungsnahen Einsatz ist die Robustheit gegenüber Änderung von Umweltbedingungen wie der Temperatur notwendig. Ein selbst-kalibrierendes Verfahren ermöglicht es, die Parameter des Systems direkt mit den Messdaten zu rekonstruieren. Damit kann eine deutliche Zeitersparnis erzielt werden. Erstes Teilziel des Projekts ist es, ein geometrisch-physikalisches Modell für das System aufzustellen. Dieses Modell wird analysiert in Bezug auf statische und dynamische Parameter und Abhängigkeiten zwischen einzelnen Größen. Ziel ist es, einen Basis-Satz von Parametern zu identifizieren, der sich gut konditioniert aus Mess- und Kalibrierdaten rekonstruieren lässt. Ausgehend von diesem Modell kann ein Verfahren entwickelt werden, das systematisch Redundanzen in die Messung einbringt und diese geschickt für die mathematische Rekonstruktion von System- und Prüflingsparametern ausnutzt.Eine weitere kritische Größe ist die laterale Auflösung des Messergebnisses. Wie bei jedem flächig messenden interferometrischen Verfahren kann eine durchgehend hohe laterale Auflösung im Bereich von 10 Mikrometern nur erzielt werden, wenn die Schärfenebene der Abbildungsoptik an den Prüflingsradius angepasst wird. Dies erfordert bisher jedoch zwingend eine erneute Kalibrierung. Mit dem selbst-kalibrierenden Verfahren soll es ermöglicht werden, die veränderlichen Systemparameter zusammen mit dem Messergebnis zu rekonstruieren. Gegenüber dem bisherigen Stand der Technik verspricht dies eine Reduktion der Messzeit von 30 Minuten auf 1 Minute. Im Rahmen dieses Projekts wird das Verfahren an einem Labor-Demonstrator experimentell validiert. Ein Teilziel ist dabei das Design einer Abbildungsoptik mit veränderlicher Schärfenebene, das insbesondere im Hinblick auf den Einfluss auf den Kalibrierzustand des Gesamtsystems optimiert ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen