Hochpräzise Spiegel für tiefste Blicke ins Weltall

Mit der Optikmaschine UPG 2000 CNC ist weltweit einmalig eine standardisierte Produktion von metergroßen und extrem präzisen Spiegelsegmenten für riesige Teleskope möglich, wie die aktuelle Ausgabe des Siemens-Forschungsmagazins Pictures of the Future berichtet.

Die UPG 2000 CNC ermöglicht höchste Präzision beim Schleifen, Läppen und Polieren von Astro-Optik. Die Spiegeloberflächen müssen auf wenige hundertstel Mikrometer genau gearbeitet sein. Um diese Präzision zu erreichen, finden sämtliche Arbeitsschritte in einer Maschine statt, so dass das Werkstück nicht verlegt und neu justiert werden muss.

Eine Sinumerik-CNC-Steuerung von Siemens realisiert die automatischen Iterationen von Schleifen, Polieren und Kontrollmessung mit hochgenauen Bewegungen der Werkzeuge und Messinstrumente. Die UPG 2000 CNC wurde von der OptoTech Optikmaschinen GmbH entwickelt. 

Mit der UPG 2000 CNC könnte ein absehbarer Engpass an großflächigen Teleskopspiegeln abgewendet werden, denn weltweit sind Riesenteleskope in Planung, die als Abnehmer in Frage kommen. Derzeit beträgt die Lieferzeit für die bis zu zwei Meter großen, sechseckigen Spiegelsegmente jedoch mehrere Jahre.

Damit die Teleskope wie geplant Signale aus 13 Milliarden Lichtjahren Entfernung registrieren können, brauchen sie nicht nur sehr große sondern auch extrem glatte Spiegel. Andernfalls werden die schwachen Lichtstrahlen zu stark gestreut und der Detektor kann sie vom Rauschen nicht unterscheiden.

Um sicherzustellen, dass die UPG 2000 Genauigkeiten von 30 Nanometern erreicht, haben die Mechatronikexperten von Siemens die Maschine zunächst virtuell konstruiert und getestet. Dabei setzten sie die PLM-Software NX als integrierte Software-Lösung ein.

Wichtige Größen wie auftretende Temperaturen und Schwingungen oder die nötige Steifigkeit bestimmter Maschinenteile konnten in den Simulationen genauestens erarbeitet werden.  Bei einer Modalanalyse wurden zum Beispiel Querschwingungen vorhergesagt, so dass vorbeugend der Granitsockel weiter verstärkt wurde. Die etwa fünf Meter hohe und breite Maschine bringt rund 80 Tonnen auf die Waage.

Das virtuell getestete, präzise Zusammenspiel von Siemens-Antrieben mit der Sinumerik-Steuerung ermöglicht entlang aller Bewegungsachsen eine auf wenige Mikrometer genaue und absolut synchrone Positionierung der Werkzeuge und Messinstrumente. Die Steuerungsparameter für alle Arbeitsschritte wurden am Modell erarbeitet und dann auf die Maschine übertragen. Diese Starteinstellungen vereinfachten die Inbetriebnahme der UPG 2000 erheblich. (2014.05.4)