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Formmessung großer schwach gekrümmter Freiformflächen mit Durchmessern bis 1,5 Meter

Um den messtechnischen Anforderungen in der Optikindustrie (z. B. für Ebenheits- oder Freiform-Referenzstandards) und in Forschungsbereichen (z. B. für Synchrotron- und Teleskopspiegel) zu erfüllen, wird aktuell an der PTB ein neues Formmesssystem für Optiken mit Durchmessern bis zu 1,5 m entwickelt und aufgebaut.

Ziel ist es, Ebenheitsmessungen mit Unsicherheiten von wenigen zehn Nanometern durchzuführen. Absolute Formmessungen von leicht gekrümmten Prüflingen mit Krümmungsradien von 10 m oder mehr sollen mit Unsicherheiten im Submikrometerbereich realisiert werden. Für die Messung der Abweichungen einer Form von der Best-Fit-Sphäre soll die Unsicherheit im Bereich von einigen zehn Nanometern liegen.

Das System misst einzelne Ausschnitte der Prüflingsoberfläche in sogenannten Subapertur-Messungen. Die Ausschnitte der Prüflingstopographie werden mittels Stitching zur vollständigen Topographie des Prüflings zusammengefügt. Beim Stitching ohne weitere Informationen können die Messfehler der einzelnen Subaperturen-Messung zu größeren Fehlern in der Gesamttopographie führen. Um dies zu verhindern werden der absolute Abstand und der relative Neigungswinkel zwischen Sensorkopf und Prüflingsoberfläche gemessen und bei der Auswertung berücksichtigt.

Das System ist flexibel ausgelegt, so dass verschiedene Sensorköpfe verwendet werden können, z. B. interferometrische Sensorköpfe mit Aperturen von 10 mm, 100 mm und 150 mm. Ein Sensorkopf mit einer kleinen Apertur kann mit einer hohen lateralen Auflösung stärker gekrümmte Oberflächen messen, ein Sensorkopf mit großer Apertur verkürzt die Messdauer und verringert damit die Einflüsse der Umgebungsbedingungen. Das System wird aktuell aufgebaut. Erste Messungen werden für 2021 erwartet.

In folgender Abbildung ist der prinzipielle Aufbau des Messsystems gezeigt.

Abbildung: Konstruktionszeichnung des mechanischen Aufbaus zur optischen Formmessung von Prüflingen mit Durchmessern bis 1,5 m.

Ausgewählte Veröffentlichungen


[Spi20b] Jan Spichtinger, Michael Schulz, Gerd Ehret: Optomechanical simulations of an advanced stitching interferometer set-up for large freeform optics. Optical Metrology and Inspection for Industrial Applications VII ; (Proceedings of SPIE: 11552) (2020), https://doi.org/10.1117/12.2573704

[Spi20a] Jan Spichtinger, Michael Schulz, Gerd Ehret: Absolute distance interferometry for subaperture stitching of large freeform optics. EPJ Web of Conferences, 238 (2020), 1-2, https://doi.org/10.1051/epjconf/202023806011

 [Ehr20] Gerd Ehret, Jan Spichtinger, Manuel Stavridis Michael Schulz: Setup of a new form measurement system for flat and slightly curved optics with diameters up to 1.5 metres. Proceedings Volume 11478, Seventh European Seminar on Precision Optics Manufacturing; 1147808 (2020), https://doi.org/10.1117/12.2564912

[Spi19] Jan Spichtinger, Gerd Ehret, Michael Schulz, Manuel Stavridis, Clemes Elster: Konzept für eine hochgenaue und rückgeführte optische Formmessung an großen Optiken bis 1,5 Meter. DGaO-Proceedings (2019), www.dgao-proceedings.de/download/120/120_p1.pdf


Ansprechpartner

Jan Michael Spichtinger
Telefon: (0531)592-4208
E-Mail: jan.spichtinger(at)ptb.de

Dr.-Ing. Gerd Ehret

Telefon: (0531)592-4220
E-Mail: gerd.ehret(at)ptb.de