Bei der Produktion von optischen Präzisionsgläsern müssen höchste Qualitätsanforderungen eingehalten werden, um die spätere Funktionalität in Hochpräzisionsbereichen wie Optoelektronik, Medizintechnik sowie Luft- und Raumfahrt sicherzustellen. Wichtige Parameter sind dabei Abstandstoleranzen, Dicke und Beschichtungen, Geometrien und Oberflächengüte, die idealerweise bereits während der Fertigung geprüft werden. Zur Messung dieser Größen haben sich die konfokal-chromatischen Sensoren und Deflektometrie-basierten Systeme von Micro-Epsilon vielfach bewährt, die auch für den Inline-Einsatz geeignet sind. Eine Herausforderung für optische Sensoren sind die glänzenden und spiegelnden Oberflächen der Gläser, da das ausgesendete Licht der Sensoren stark reflektiert wird. Dies kann zu einer Überbelichtung des Empfängers und somit zu Fehlern bei der Messung führen. Die konfokal-chromatischen Sensoren sind exakt auf diese Messaufgaben abgestimmt und liefern dank der schnellen automatischen Belichtungszeitregelung Genauigkeiten bis in den Submikrometerbereich. Das Messprinzip erlaubt es, Wege und Abstände sowohl auf transparenten, diffusen als auch spiegelnden Oberflächen exakt zu messen.
Messung der Linsengeometrie
Konfokal-chromatische Sensoren werden in der Optikindustrie u.a. für schnelle Linsendicken- und Profilmessungen mit bis zu 30kHz verwendet. Bei der Linsenherstellung wird bereits während des Formgebungsprozesses überwacht, ob die Geometrie den Vorgaben entspricht. Mit der confocalDT-Reihe bietet Micro-Epsilon hochgenaue Sensorsysteme für Weg-, Abstands-, Positions- sowie Dickenmessungen. Die Sensoren können aufgrund ihrer hohen Auflösung, Geschwindigkeit und kleinen Bauweise mit integrierter Lichtquelle in automatisierte Fertigungsprozesse eingebunden werden. Gemessen werden sphärische, asphärische und beschichtete Linsen mit verschiedenen Krümmungsradien und Glasdicken von 15µm bis 30mm. Da Linsen häufig einen großen Krümmungsradius besitzen und direkt-reflektierend sind, müssen die Sensoren für diese Bedingungen optimiert sein. Die Sensoren bieten daher einen Messwinkel von bis zu 48°. Dadurch werden gekrümmte Oberflächen zuverlässig erfasst und stabile Messsignale erzeugt. Über die Abstandswerte lassen sich zudem Aussagen über die Oberflächenbeschaffenheit treffen. Der sehr kleine Messfleck von
Der sehr kleine Messfleck von <3µm eignet sich für die Abtastung von Oberflächen und deren feinster Strukturänderungen mit nm-Auflösung. Die Controller und Sensoren sind für den Industrieeinsatz optimiert und auch für Inline-Messungen geeignet.
Mehrschichtmessungen von Kameralinsen
Auch Mehrschichtmessungen sind mit den konfokalen Sensoren möglich. Sie messen bis zu sechs Peaks und damit fünf Schichten gleichzeitig, was beispielsweise bei der Justierung des Linsenabstands in Kameras zum Einsatz kommt. Linsendurchmesser mehrerer antireflexbeschichteter Linsen von bis zu 3mm Durchmesser und einer Gesamthöhe von 5mm werden erfasst. Um die Belichtung an die jeweilige Oberfläche anzupassen, wird die CCD-Zeile dynamisch geregelt. Diese Regelung kompensiert Reflektivitätsänderungen des Messobjekts wesentlich schneller als die herkömmliche Lichtquellenregelung. Dadurch liefern die confocalDT Controller eine hohe Messgenauigkeit bei wechselnder Oberflächenreflektivität.
Prüfung von Kontaktlinsen
Intraokularlinsen oder Kontaktlinsen dürfen keine Unregelmäßigkeiten aufweisen und müssen absolut sauber und frei von Kratzern, Dellen oder Verformungen sein. Daher ist es notwendig, dass bei der Qualitätsprüfung, auch für das menschliche Auge unsichtbare Defekte zu 100% erkannt, und die Sensoren geometrischen Parameter µm-genau messen können. Die Messungen werden sowohl von konfokalen Sensoren als auch von dem Oberflächeninspektionssystem reflectControl ausgeführt, das auch technische Spiegel prüft.
Oberflächeninspektion technischer Spiegel
Mit technischen Spiegeln können Strahlführungen gezielt gelenkt werden. Ihre Oberflächenbeschaffenheit muss für diese Anwendungen einwandfrei sein und daher hochgenau geprüft werden. Insbesondere spielen hier Verformungen in der Z-Dimension eine entscheidende Rolle. Bereits geringste Abweichungen von der Soll-Geometrie führen dazu, dass der Strahlengang des Lichts nicht mehr exakt auf die jeweilige Anwendung abgestimmt ist und der Spiegel somit seine Funktion verliert. Um die Funktionalität der Spiegel schon vor dem Systemtest sicherzustellen, bedarf es einer präzisen Messtechnik, die es erlaubt, auf hochreflektierenden Oberflächen reproduzierbare Messergebnisse mit einer z-Auflösung von <1µm zu generieren.
Für berührungslose und verschleißfreie 3D-Messungen auf spiegelnden und glänzenden Oberflächen wurde daher der reflectControl Sensor konzipiert. In weniger als 5s kann der Sensor, innerhalb eines großen Messbereichs, sowohl Defekte erkennen als auch eine 3D-Punktewolke generieren. Die eingebauten Kameras erfassen die Reflexion des auf die Oberfläche projizierten Streifenlichts und generieren hieraus Fehlerbilder sowie eine 3D- Punktewolke. Hierdurch können bereits Ebenheitsabweichungen im nm-Bereich erfasst werden. Der Sensor kann entweder stationär oder in Robotikanwendungen zum Einsatz kommen. Ein Feedback zur Oberflächenbeschaffenheit wird direkt ausgegeben, wodurch die hohen Qualitätsanforderungen erfüllt werden. Über GigE Vision können die gewonnenen Oberflächenbilder an zahlreiche Bildverarbeitungs-Software-Pakete zur Weiterverarbeitung und Defektanalyse übergeben werden.
