Mehr als nur Linsen

Präzisionsoptiken für die Maschinenintegration

Die Anwendungsfelder für die Integration hochpräziser Optiken in Maschinen sind so vielfältig, wie die Spezialiserungen der Sondermaschinenbauer. Das reicht von der Medizin- und Halbleiterbranche über den gesamten
Automotive-Markt bis hin zu Bildung und Forschung. Dabei genügt es nicht, sich ’nur mit Linsen‘ auszukennen.
Ein Team – bestehend aus Feinmechanikern, Elektronikern, Ingenieuren, Physikern und Mechatronikern – ist nötig, das sich auf die wesentlichen Anforderungen der optomechatronischen Lösung konzentriert. Die folgenden Anwendungsbeispiele verdeutlichen die Komplexität einiger typischer Aufgabenstellungen.

Optische Augenoperation

Zur Behebung von Fehlsichtigkeiten hat Opto für die Firma Schwind ein Stereomikroskopmodul entwickelt, mit dem der operierende Augenarzt die gesamte Laserbehandlung überwachen und den Operationslaser einrichten kann. Dazu müssen insgesamt bis zu zehn optische Strahlengänge (z.B. Eyetracker, Leistungsmessgeräte und Überwachungskameras) optimal auf das menschliche Auge ausgerichtet werden (Bild 1), damit der fokussierte UV-Laserstrahl die Hornhaut exakt zu einer Korrekturlinse formen kann (Lasik-Verfahren). Eine Schwierigkeit war, dass sich die Transmissions- und Brecheigenschaften vom UV-Licht des Lasers drastisch von denen des sichtbaren Lichts unterscheiden, mit dem der Operateur die Behandlung überwacht. Dazu stehen ihm fünf Vergrößerungsstufen zur Verfügung, die er über ein Touchpanel oder einen Fußschalter bedient.

Zylinderlaufbahnen-Inspektion

Das Herzstück eines jeden Verbrennungsmotors sind Kolben und Zylinderlaufbahn. Diese werden immer weiter optimiert, um möglichst viel Leistung unter Reduzierung schädlicher Emissionen zu erreichen. Zylinderlaufbahnen müssen dazu mehrere Aufgaben lösen: sie müssen eine gute Dichtfläche gegen den Verbrennungsdruck haben, den schmierenden Ölfilm aufrecht erhalten, Wärme ableiten und zudem langfristig mechanisch stabil sein. Um die Oberfläche der Zylinderlaufbahnen auf die Vorgaben der Motorenhersteller hin überprüfen zu können, wurde der CylinderInspector entwickelt (Bild 2). Dabei handelt es sich um eine Kombination aus Stativ, Mikroskop mit einer 90°-Optik und einer speziellen LED-Beleuchtungseinheit. Mikroskop und Beleuchtung fahren in den Zylinder ein, können sich drehen und erlauben dem Oberflächenspezialisten das Inspizieren des Livebildes am Monitor. Mit der Kamera können Bilder der Zylinderlaufbahn aufgenommen und mittels Software vermessen und analysiert werden. Die Auswertekriterien sind dabei herstellerspezifisch (z.B. das Messen des Honwinkels). Der Einsatz erfolgt in verschiedenen Stufen des Herstellungsprozesses: sowohl für die Serienproduktion als auch für Kleinserien im Hochleistungsbereich, wie z.B. Motorsport.

Strahlauskopplung für Spektralanalysen

Für viele Analysen von farbigen Proben ist der Einsatz von aufwändigen Spektrographen unnötig bzw. sogar ungeeignet. Insbesondere wenn die gesamte Bildinformation eines Farbbereichs nötig ist. Ein Beispiel ist das Fluoreszenzbild einer durch UV-Licht angeregten Probe. Hierbei muss das viel intensivere und störende UV-Licht herausgefiltert werden. Für solche Aufgaben wurde auf Basis der gängigen Stereomikroskope eine spektrale Auskopplung entwickelt. In die parallelen Strahlengänge sind Strahlteiler montiert, die ein Teil des Lichtes auskoppeln. Farbfilter lassen nur die vorab definierten Spektralbereiche zu den Digitalkameras. Insgesamt lassen sich so bis zu vier Strahlengänge auskoppeln, die jeweils unterschiedlich gefiltert werden können.