Technische Optik in der Praxis

6 Spezifikation und Fertigung optischer Bauelemente (S. 163-164)

6.1 Fertigungsverfahren

Die klassischen Optikbearbeitungsprozesse zur Formgebung lassen sich nach den Grundprinzipien Urformen, Umformen und Trennen einteilen [1–3]. Daran schließen sich meist noch die Verfahren zur Beschichtung (Entspiegeln, Verspiegeln, Lackieren) und die Fügeverfahren (Feinkitten, Ansprengen) an. Die folgenden Ausf¨uhrungen sind auf Bauelemente mit ebenen oder sphärischen Funktionsflächen beschränkt. Zu Asphären findet man in [4] einen Überblick und weiterf¨uhrende Literaturhinweise.

6.1.1 Urformen

Die wesentlichen Urformverfahren sind das Pressen aus der Glasschmelze, das Plastspritzen und das Plastgießen. Die meisten optischen Gläser werden von den Glasherstellern auch als Preßlinge angeboten. Die Rauhigkeiten der Glasoberächen und die Schwankungen der Abmaße erfordern in der Regel eine weitere Bearbeitung zumindest der optischen Funktionsflchen. Beim Plastspritzen und -gießen sind dagegen alle Oberflächen in der notwendigen Qualität herstellbar. Da beim Gießen im Gegensatz zum Spritzen keine druckfesten Stahlformen benötigt werden, können die abzuformenden Werkzeugober. Flächen aus Glas hergestellt werden. Dadurch sind höhere Genauigkeiten erreichbar.

6.1.2 Umformen

Innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches lassen sich Gläser umformen, ohne die optischen Eigenschaften zu verlieren. Vielfach werden Preßlinge durch Umformen aus vorgefertigten Halbzeugen hergestellt. Mehrere Firmen haben das Verfahren des Blankpressens für zahlreiche optische Gläser inzwischen sehr weit entwickelt. Dazu werden Glas-Halbzeuge mit polierter Oberfläche (z.B. Rundstäbe oder Kugeln) aufgeheizt und in einer Preßform heiß umgeformt. Die Kunst besteht im wesentlichen darin, den polierten Zustand der Oberfläche des Halbzeuges im späteren Funktionsbereich des Bauelementes in hoher Sauberkeit zu erhalten sowie die thermische Ausdehnung von Bauelement und Preßform exakt vorauszuberechnen. Die Formgenauigkeiten blankgepreßter Bauelemente sind für viele Abbildungsaufgaben ausreichend [5], [6].

6.1.3 Trennen

Neuere Trennverfahren in der Flachglasbearbeitung sind das Laserstrahlschneiden und das Wasserstrahlschneiden. Solche Anlagen sind technisch aufwendig und das klassische Ritzen mit Diamant- oder Hartmetallschneide und anschließendes Knacken (Brechen entlang der Rißlinie) ist kostengünstiger, wenn keine engen Maßtoleranzen gefordert sind.

6.1.4 Trennschleifen

Das Trennschleifen mit gebundenem Diamantkorn ist heute das Standardverfahren in der optischen Bauelementefertigung. Abhängig von der angestrebten Bearbeitungsgeschwindigkeit und Rauhtiefe werden Korngrößen des Diamantpulvers im Bereich von etwa 2 bis 400 µm in unterschiedlich harte Bindungsmaterialien eingemischt und in eine Werkzeugform gegossen, gepreßt oder auf einen Werkzeuggrundkörper aufgebracht. Gebräuchliche Bindungen sind Bronzepulver, Kunststoffe oder auch galvanisch erzeugte Nickelbindungen. Die folgenden Angaben sind aus Werkzeugkatalogen verschiedener Hersteller entnommen [7], [8].

Die Konzentration bezi.ert den Anteil an Diamant im Schleifbelag (in Volumenprozent). Die Basis der Konzentrationsbezeichnung ist internationaler Standard, nämlich 25 Volumenprozent Diamant werden mit C100 bezeichnet, woraus sich mit der Dichte des Diamanten von ρ = 3,52 g/cm3 der Diamantanteil in Karat (1 Karat = 0,2 Gramm) errechnen läßt: C100 = 4,4 Karat/cm3 Belagvolumen [8] (siehe Tabelle 6.2). Ausgangspunkt in der optischen Fertigung ist meist Block- oder Plattenglas, das mit sehr unterschiedlichen äußeren Abmessungen vorliegt. Damit die Blöcke vollständig durchtrennt werden können, werden sie auf Glasunterlagen aufgeklebt.

Dazu werden Schmelzkleber verwendet, die sich durch Erwärmung wieder lösen lassen und in Reinigungsanlagen wieder entfernbar sind. Mit Trennschleifmaschinen werden Glasblöcke zunächst in Scheiben, und danach in einer anderen Aufspannung weiter in Streifen oder Prismen zerlegt. Moderne Maschinen sind heute in 4 Achsen CNC-gesteuert, wobei 3 orthogonale Achsen mit 1 µm und eine Drehachse mit 0,001 grd als kleinstem Einstellschritt ansteuerbar sind [9].